Asignatura: Combustibles Asignatura: Combustibles y Lubricantes.
ÍNDICE.
Introducción
01
Términos Fundamentales
02
Gasolinas • • • • • •
04 0$ 0$ 0$ 0) 0)
I-nición &or Com&resión Fenómeno de la ,etonación +mero Cetano Clasiicación de los Combustibles &or + Cetano Método de ,et. del + Cetano en Motor %nsayo %nsayo de etardo de I-nición Método 1 %nsayo de %stran-ulamiento Método 2 esumen de + de Cetano de Combustibles 5ndice ,iesel 6unto de !nilina Ti&os de Combustibles
0 0/ 0/ 03 03 03 03 10 10 10 10
,iesel • • • • • • • • • • •
Combustión de la Gasolina Mezcla Gasolina !ire "ue se #uema %misiones de %sca&e y sus Gases Monó'ido de Carbono (idrocarburos "ue no se #ueman *'ido +itroso
%misiones de %sca&e en un Motor ,iesel • • • •
Com&uestos Tó'icos a ,e&urar educción de (C y C7 educción de (oll8n educción de *'ido de +itró-eno
11 11 12 12
,iccionario Técnico
19
Conclusión
14 INTRODUCCIÓN.
La &rimera uente de ener-8a sobre la cual el :ombre tu;o dominio ue el ue-o< su uso le &ermitió cocinar sus alimentos< &ro;eerse de calor en los climas r8os< :asta de iluminación< todo esto re&resenta una de las utilizaciones &r=cticas de una uente de ener-8a. %l combustible "ue &ermit8a tal :aza>a en esos tiem&os era en este caso la madera yo el carbón< es as8 "ue la demanda de este ti&o de ener-8a ue en aumento a medida "ue ue creciendo la industrialización de la sociedad< con la lle-ada de las m="uinas se dio abuso al uso y e'&lotación del carbón< lue-o cuando se descubrió la electricidad encontramos en los r8os una in;aluable uente de ener-8a "ue &or lo dem=s es ina-otable< inalmente con el descubrimiento del &etróleo< el cual &ermitió el desarrollo eiciente de motores de combustión interna ?unto con combustibles cada ;ez m=s es&ecializados &ara obtener rendimientos ó&timos. %s en el a=n de ir me?orando continuamente los combustibles &ara obtener me?ores resultados en la combustión< "ue el ser :umano se :a dedicado a descubrir< entender< me?orar y desarrollar la com&osición interna del combustible< ;enta?as< des;enta?as< residuos arro?ados< &ara determinar "ue es lo "ue &uede ser me?orado< e;itado< a-re-ado o "uitado de éste &ara obtener una combustión lim&ia y eiciente. ! continuación se tratar=n términos y conce&tos "ue nos ayudar=n a entender la im&ortancia de una buena combustión< las ;enta?as "ue re&resentan< las des;enta?as< los residuos obtenidos< etc.
6=-. 01.@ TÉRMINOS FUNDAMENTALES.
G!A7LI+!A C7MBATI*+ M%DCL! %MIAI7+%A ,% %AC!6% %+ M7T7 ! G!A7LI+! (I,7C!B7A ,I%A%L IG+ICI*+ ,%T7+!CI*+ +EM%7 C%T!+7 5+,IC% ,I%A%L 6+T7 ,% !+ILI+! TI67A ,% C7MBATIBL% %MIAI7+%A ,% %AC!6% %+ + M7T7 ,I%A%L (7LLI+ (I,7C!B7A M7+*I,7 ,% C!B7+7 *I,7 ,% +IT*G%+7 7CT!+7
6=-. 02.@ GASOLINAS.
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Las -asolinas son deri;ados del &etróleo y conocidas como :idrocarburos ali=ticos HCom&uestos or-=nicos constituidos &or carbono e :idró-eno cuyo car=cter no es arom=tico. Las -asolinas contienen ener-8a< &or e?em&lo un -alón de -asolina H9<$/$4 litros contiene alrededor de 12$.000 BT Hunidad de medida del calor< esto e"ui;ale a tener un calentador eléctrico de 1$00 ;atios y mantenerlo encendido &or 24 :oras< esto contiene la misma ener-8a "ue un -alón. 6ara la &re&aración de la -asolina se utiliza el octano el cual es un l8"uido combustible m=s li-ero "ue el a-ua "ue se obtiene &or destilación del &etróleo. Las -asolinas se identiican &or un octana?e< "ue es la escala "ue &ermite caliicar el &oder antidetonante de los carburantes cuando estos son com&rimidos en el cilindro< esto dice cuanto resiste una mezcla antes de "ue e'&lote o se encienda es&ont=neamente &or eecto de la com&resión< esto &uede ocasionar da>os en el motor cuando se enciende la mezcla &or la com&resión sin "ue la bu?8a suministre la c:is&a< a"u8 sucede la detonación o &istoneo esto es una detonación a destiem&o y &ro;oca "ue el &istón no com&lete su ciclo< esto es un da>o muy destructi;o &ara el motor. Cada motor tiene un ré-imen de com&resión y esto determina el -rado de octana?e "ue re"uiere el motor< del ;e:8culo o a;ión. %n el octana?e se em&lean 4 métodos de medidas del nmero del octano. ! las -asolinas al i-ual "ue los aceites se le analizan aditi;os< estos ;ienen a me?orar la mezcla< uno de los aditi;os "ue a-re-a se llama tetra etilo de &lomo este me?ora el octana?e uo el &oder antidetonante de la -asolina. ,e acuerdo a la norma c:ilena n )4< las -asolinas se clasiican de acuerdo a su contenido de &lomo< ;olatilidad y a su ni;el de antidetonancia. Las -asolinas &ara ;e:8culos se clasiican en dos ti&osJ con y sin &lomo. También se clasiican &or su ;olatilidadJ clase 1 &ara uso en ;erano< clase 2 &ara uso en in;ierno y en las re-iones I y II del &a8s< la clase 2 ri-e &ara todo el a>o.
6=-. 09.@
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Las -asolinas tienen &ro&iedades b=sicas &ara su uncionamiento esto tiene relación aire combustible un Kilo-ramo de ectano re"uiere 1$ Kilos de aire &ara su combustión com&leta. Los l8mites de inlamabilidad en &eso es de K- de aire yo 20 K- ' K- de octano. La &resión de ;a&or %I, de los com&onentes de las -asolinas de automó;iles ;ar8an de 0<) lb&ul-2 a 9o del carburador y recuentemente no se incluyen en las es&eciicaciones. Cuando ocurre la con-elación de los com&onentes de -asolina es &or"ue su&era la T de @$0C. Las -asolinas de cracKin- "ue contienen oleinas est=n &ro&ensas a las reacciones de o'idación@&eró'ido &olimerización y re"uieren la adición de un antio'idante &ara im&edir la o'idación o es&esamiento durante el almacenamiento. (ay metales como el cobre< "ue aceleran el es&esamiento o -omicidad< esto se controla utilizando aditi;os llamados desacti;adores de metales
COMBUSTIÓN DE LA GASOLINA.
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%sto ocurre cuando sus moléculas se mezclan con moléculas de o'8-eno y se &ro&orciona calor &ara "ue se combinen< esta razón "u8mica &roducir= calor y nue;as moléculas. 6ara "ue la combustión ocurra en el interior del motor deben cum&lirse las si-uientes condicionesJ deben estar &resentes las moléculas indi;iduales de la -asolina< esto "uiere decir "ue la -asolina debe estar en orma de ;a&or H-as &ara "ue las moléculas &uedan mezclarse con moléculas de o'8-eno< debe :aber moléculas de o'8-eno< ya "ue son &arte del -as llamado aire. 6or cada 100 moléculas "ue :ay en el aire 21 son de o'8-eno el residual son de nitró-eno< también se encuentran moléculas en &e"ue>as cantidades de monó'ido de carbono< ;a&or de a-ua y ar-ón. 6ara "ue la combustión ocurra debe :aber una &ro&orción correcta entre la mezcla de moléculas de o'8-eno y de -asolina si :ay &oca o demasiada de una de las dos la combustión es incom&leta o no se &roduce.
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Las moléculas de o'8-eno de -asolina deben estar en contacto estrec:o< mezcla :omo-énea< al :aber &ro&orciones correctas de moléculas no es suiciente si no se mezclan de orma correcta las moléculas< al tener aisladas las moléculas de -asolina en un =rea &e"ue>a de la c=mara de combustión sin mezclarse e;ita "ue ocurra la combustión. 6=-. 04.@ !dem=s de "ue deba e'istir un contacto estrec:o de las moléculas de o'8-eno y -asolina debe :aber ener-8a calor8ica &ara "ue estas c:o"uen una contra otra y "ue sus ncleos se se&aren y combinen con las nue;as moléculas. %sa ener-8a calor8ica &uede ser &ro&orcionada en orma de c:is&a de la bu?8a< al-unos de los =tomos del ncleo se unen con al-unos =tomos de otros ncleos entonces se orma una nue;a molécula.. ,ebe :aber suicientes moléculas de cada ti&o necesariamente cercanas &ara "ue se realiza la &rimera reacción "u8mica y "ue el calor &roducido en ella se utilice &ara una continua reacción "u8mica.
LA MEZCLA GASOLINA AIRE !UE SE !UEMA.
La mezcla &erecta de -asolina y aire se necesitan 14< libras de aire &ara "uemar com&letamente una libra de -asolina. ,ecimos entonces "ue la relación correcta de aire combustible es 14< 1.
EMISIONES DE ESCA"E # SUS GASES.
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Aon los -ases de la combustión y &art8culas "ue de?a esca&ar el automó;il al-unos de estos -ases son ace&tables &ara las &ersonas y el medio ambiente< los -ases no &ermitidos son los "ue causan da>os a las &ersonas y al medio ambiente.
MONÓ$IDO DE CARBONO.
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6roducto de la combustión de :idrocarburos nace un sub&roducto no deseado llamado monó'ido de carbono< este es un -as mortal "ue si lle-a a ser as&irado la san-re lo absorbe y la &ersona muere< una de las causales de muerte es si se mantiene un ediicio cerrado con un
motor de automó;il uncionando< uno de los &rimeros s8ntomas es el aturdimiento< en ba?as concentraciones de monó'ido de carbono en el torrente san-u8neo &uede causar dolor de cabeza.
6=-. 0$.@
%IDROCARBUROS !UE NO SE !UEMAN.
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%l interior del motor se com&rime cuando la mezcla aire combustible se enciende y a"u8 se &roduce la combustión< "uedando una &arte de la -asolina "ue no se acciona en este &roceso< saliendo estos &or el tubo de esca&e< &ro;ocando &roblemas en la res&iración contaminando el or-anismo< reaccionan con ciertas condiciones en el aire &roduciendo el smo- oto "u8mico. %sto ;a a de&ender de como reacciona el motor su tiem&o de calentamiento< etc. También tenemos el con;ertidor catal8tico este emite -ases &or la o'idación de las moléculas del :idrocarburo< esto &roduce un -as mortal &ara el &laneta y &ara el ser :umano.
O$IDO NITROSO.
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%sto se &roduce &or la combinación de aire y nitró-eno H+7'. !l combinarse con el aire y el a-ua &roduce un acido< esto de i-ual orma &ro;oca da>o cuando llue;e a las &lantas. ,entro de los &roductos de la combustión de los :idrocarburos los m=s conocidos sonJ amoniaco< suluro de :idro-eno< aminas or-=nicas< alde:8dos< acetonas< etc.
6=-. 0).@
DIESEL. IGNICIÓN "OR COM"RESIÓN. •
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La i-nición &or com&resión se &roduce cuando se com&rime el aire entre 91 a 4 K-cm2< la tem&eratura "ue se alcanza es de $00 a )00c Los motores de alta ;elocidad H2000 r&m se inyecta combustible cerca del e'tremo su&erior embolada de com&resión 1$ antes de 6.M.A< el combustible atomizado se inlama es&ont=neamente y la &resión aumenta como consecuencia de combustión :asta 0 a2K-cm2< la inyección de combustible termina a $ des&ués del 6.M.A la combustión comienza a / antes del 6.M.A %l combustible utilizado debe inlamarse es&ont=neamente &or lo menos 90 C &or deba?o de tem&eratura del aire com&rimido. I-nición tiene lu-ar a tra;és de minsculas -otitas del combustible en una corriente de aire de alta ;elocidad< e'iste un &eriodo de retardo durante el cual las -otitas se ;a&orizan y calientan a la tem&eratura de i-nición es&ontanea< la mayor &arte del combustible inyectado residual se "uema uniormemente en inyector de combustible La &resión comienza a descender &oco des&ués del inal de &eriodo de de inyección< &or e?em&lo a 10 des&ués 6.M.A< des&ués &uede &roducirse una combustión retardada del combustible &ul;erizado sobre las &aredes de los cilindros y &istones.
6=-. 0.@
FENÓMENO DE LA DETONACIÓN. La causa m=s comn de la detonación es debido a la mala calidad de combustible Hba?o octana?e lo "ue :ace e'&lotar la mezcla antes del tiem&o. Los motores diesel de alta ;elocidad el &eriodo entre el comienzo de i-nición y la combustión ;ar8a desde 0<) ms . 1<ms •
Con buen combustible diesel < el tiem&o de retardo es bre;e<
La utilización de combustibles de tiem&os retardados &rolon-ado H&roduce alta tem&eratura de i-nición es&ontanea< esto se &roduce &or la inyección de -ran &arte de la car-a "ue se inyecta al cilindro< antes del inicio de i-nición esto &roduce combustión ;iolenta aumento &resión y marc:a brusca Henómenos detonación diesel %l enómeno de detonación< también llamado de -ol&eo de &ernos< es un -ran enemi-o de los motores de combustión... Las causas de la detonación son muy ;ariadasJ • • • • • •
la sincronización de la i-nición demasiado a;anzada alta relación de com&resión y alta tasa. combustible insuiciente< las altas tem&eraturas internas< alta &resión del turbo< combustible de ba?o octana?e
N&MERO CETANO. •
%ste es un 8ndice "ue se utiliza &ara indicar la calidad de combustible l8"uido motores de i-nición &or com&resión.
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También se em&lea &ara medir las &ro&iedades de carburantes utilizados en motores diesel en orma seme?ante al nmero de octano 6ara determinar el nmero de cetano de un combustible< se com&ara la acilidad de inlamación del combustible en cuestión< con la de un combustible de reerencia ormado &or una mezcla de Cetano &uro '(a)*r +,,-con !lametilnataleno '(a)*r ,-en un motor de &rueba< este arro?a el ;alor del cetano del combustible. 6=-. 0/.@
CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES "OR N&MERO CETANO. •
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%l :idrocarburo de cadena cetano C1)(94 es "uiz=s el me?or combustible diesel &ara alta ;elocidad <;alor asi-nado 100. %l :idrocarburo arom=tico son combustibles diesel ba?a calidad < ;alor asi-nado de 0 Hcero. %l nmero de cetano de un aceite diesel es el en ;olumen de cetano una mezcla i-ual motor normal de i-nición &or com&resión "ue el combustible.
MÉTODO DE DETERMINACIÓN DEL N&MERO CETANO EN EL MOTOR DE ENSA#O. ,ebido al ele;ado &recio del cetano y del a@metilnataleno &uros< se dis&one de cierto nmero de combustible de reerencia normalizados con una serie nmeros de cetano. %'isten 02 métodos de ensayo "ue indistintamente &ueden realizarse con cual"uier motor de i-nición &or com&resión.
ENSA#O DE RETARDO DE IGNICIÓN MÉTODO N +. • • •
Ae realiza a ;elocidad y car-a constante Ae mide tiem&o de retardo combustible Ae utiliza un medidor de retardo electrónico Ae com&ara con combustibles normalizados de retardos cortos y m=s lar-os del combustible muestra.
ENSA#O DE ESTRANGULAMIENTO MÉTODO N /. •
Ae :ace uncionar el motor a la m8nima car-a< &ermite condiciones constantes
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%n el oriicio de admisión del motor se coloca un dis&ositi;o de com&ensación y estran-ulación ,is&ositi;o reduce la &resión en la c=mara de com&ensación aumenta &eriodo de retardo <:asta "ue &roduce un allo encendido< la alla se indica &or :umo blanco Calculando la &resión del allo de encendido del combustible muestra con la de los combustibles de reerencia de calidad su&erior e inerior < &uede calcular el n cetano. 6=-. 03.@
RESUMEN N&MEROS DE CETANOS DE COMBUSTIBLES. Motores ,iesel de alta ;elocidad J no menor de $0 Motores ,iesel de ;elocidad media J no menor de 9$ Motores ,iesel de ;elocidad ba?aJ no im&ortante < &ero &reeriblemente mayor de 1$.
ÍNDICE DIESEL. 5ndice ,iesel 6unto de !nilina HF N ,ensidad !6I 100 %ste solo &uede em&learse como una orientación a&ro'imada de los nmeros de cetano< no a&licables a combustibles de la calidad de i-nición
"UNTO DE ANILINA. •
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Tem&eratura necesaria &ara &roducir una solución :omo-énea< cuando se calientan &artes i-uales del l8"uido y de anilina< l8"uido or-=nico deri;ado sim&le del benceno incoloro< si est= resco< se enro?ece con el tiem&o y el aire< ad"uiriendo inalmente color caé ro?izo. %l &rocedimiento e'&erimental es e'tremadamente sim&le %l ensayo es &o&ular en la industria Ae calientan ;olmenes i-uales del destilado y anilina Ae a-itan :asta obtener una solución bien :omo-énea Ae enr8a lentamente :asta "ue a&arezca un enturbiamiento la tem&eratura a la "ue esto sucede es el &unto de anilina del l8"uido "ue se obtiene siem&re es con -ran e'actitud.
TI"OS DE COMBUSTIBLES. Los -rados !ATM &ara los combustibles adecuados a las dierentes clases de ser;icio sonJ •
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Grado 1,J combustible destilado ;ol=til &ara motores en ser;icio "ue re"uiera cambios recuentes de ;elocidad y de car-a. Grado 2,J combustible destilado de ;olatilidad m=s ba?a &ara motores en ser;icio industrial y mó;il de ti&o &esado. Grado9,J combustible &ara motores de ;elocidad ba?a y media. 6=-. 10.@
EMISIONES DE ESCA"E EN UN MOTOR DIESEL.
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Los -ases de esca&e de los motores diesel< a&arte de sustancias noci;as "ue ya se conocen del motor 7T7< monó'ido de carbono HC7< :idrocarburos no "uemados H(C y ó'idos n8tricos H+7'< adem=s contiene emisiones sólidas el llamado :oll8n. %n com&aración a las emisiones de esca&e del motor 7T7 y diesel< se conoce "ue el motor diesel sin de&uración de -ases de esca&e alcanza ;alores ba?o de C7 y (C< las concentraciones de ó'idos n8tricos son similares en los ti&os de motores. %l :oll8n consta de un ncleo de carbono &uro al "ue se ad:ierenJ (idrocarburos H(CO !-ua H(27O Aulato HA74O !zureO *'idos met=licos ;arios. %l ncleo de carbono &uro se considera &ara la salud como una sustancia inoensi;a< al-unos com&uestos de :idrocarburos se consideran noci;os y otros &roducen un olor desa-radable.
COM"UESTOS TÓ$ICOS A DE"URAR.
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Monó'ido de carbono. (idrocarburos no "uemados. *'ido de nitró-eno. 6art8culas sólidas en sus&ensión.
REDUCCIÓN DE %C # CO.
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Los :idrocarburos no "uemados y el monó'ido de carbono son transormados "u8micamente &asando &or un catalizador de o'idación con;irtiéndolos en ;a&or de a-ua y dió'ido de carbono< ambos com&uestos no tó'icos. %l turbo car-ador so&la una cantidad adicional de aire consi-uiéndose con ello una cantidad residual de o'8-eno en los -ases de esca&e.
6=-. 11.@
REDUCCIÓN DE %OLLÍN.
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!&ortando e'ceso de aire &ara la combustión< b=sicamente en sectores cr8ticos< se reduce la emisión de &art8culas en un $0. !ctualmente se est=n &oniendo a &unto unos iltros es&eciales &ara este ti&o de &art8culas. Los iltros retienen las &art8culas sólidas e;itando "ue sal-an al e'terior.
REDUCCIÓN DE Ó$IDO DE NITRÓGENO.
Los altos contenidos de o'8-eno en los -ases de esca&e de los motores diesel< no es &osible reducir los ó'idos n8tricos en un catalizador de 9 ;8as. Incor&oración de un sistema de recirculación de -ases de esca&e. 7&timización de las c=maras de combustión y me?oras en el sistema de inyección.
6=-. 12.@
DICCIONARIO TÉCNICO. 1. %MB7L!,!J Mo;imiento de ;ai;én de un émbolo dentro de un cilindro. 2. !T7MID!,7J L8"uido &ul;erizado o reducido a &art8culas muy &e"ue>as. 9. %AI,!LJ Materia "ue resulta de la descom&osición o destrucción de al-o. 4. +IF7M%M%+T%J #ue no &resenta ;ariaciones en su con?unto< en su totalidad o en su duración. $. ,%T7+!CI*+J Combustión su&ersónica "ue im&lica la e'istencia de una onda e'&ansi;a y una zona de reacción detr=s de ella. ). C!B!+T%AJ Austancia "u8mica< com&uesta de :idró-eno y carbono< "ue mezclan un -as< se em&lea como combustible en los motores de e'&losión y de combustión interna. . IG+ICI*+J Ae &uede denominar tanto la acción de desencadenar la combustión de un cuer&o< como el &roceso en el "ue una sustancia &ermanece en combustión. La i-nición es un &roceso "u8mico "ue se da cuando una sustancia combustible entra en contacto con una uente de ener-8a. /. M%TIL@+!FT!L%+7J Aólido blanco "ue se ;olatiliza =cilmente y se &roduce naturalmente cuando se "ueman combustibles. También es llamado al"uitr=n blanco. 3. !LIFPTIC7AJ Los :idrocarburos ali=ticos son los com&uestos or-=nicos no deri;ados del benceno. %st=n ormados &or =tomos de carbono e :idró-eno< ormando cadenas< las cuales &ueden ser abiertas o cerradas. 10.Q7L!TILI,!,J %s el ran-o de tem&eratura "ue comienza cuando comienza a :er;ir< la mezcla :asta "ue se e;a&ora todo el l8"uido Hnormalmente :asta los 200 C. 11. T%T!%TIL7 ,% 6L7M7J %s un com&onente "u8mico "ue se utiliza como aditi;o Hantidetonante &ara la -asolina. %l &lomo no inter;iene en la combustión< &or lo cual es e'&ulsado &or los -ases de esca&e Hmetal &esado.
12. (%!,%C!+7J Au estructura consiste en una cadena lineal de 1) =tomos de carbono< con 9 de :idró-eno unidos a cada uno de los dos carbonos e'tremos y 2 :idró-enos unidos a los restantes. +aturalmente se encuentra en aceites de &etróleo. %l cetano mezclado con aire< sometido a com&resión se auto inlama con muc:a acilidad &or esta razón se le asi-na un nmero de cetano de 100.
6=-. 19.@
CONCLUSIÓN. Cuando :ablamos del 6roceso de Combustión Interna de un Motor< debemos &artir conociendo la -énesis de "ue la combustión sea &osible< el combustible "ue :a sido uente de ener-8a a lo lar-o de toda e;olución tanto social como industrial de la :umanidad< se :a ;isto sometido a -randes cambios y a -randes me?oras< se :an descubierto métodos &ara lle-ar a :acer un combustible o un lubricante casi &erecto< a>adiendo aditi;os "ue ortii"uen yo a-re-uen nue;as &ro&iedades a nuestros &roductos. Aiendo necesario reconocer los ti&os< las cantidades e incluso los ;alores de estos combustibles< es como se :a tratado de deinir de la manera m=s clara y &recisa &osible los ti&os de combustión< sus &rocesos "u8micos< los &ro;ec:os "ue nos brindan< y las des;enta?as "ue enrenta el &laneta al ser el &rinci&al aectado &or la utilización de estos combustibles y sus deri;ados desec:os tó'icos. Aiem&re "ue se escuc:e la &alabra combustión se debe entender "ue tiene un estudio &roundo detr=s< el cual :a lle;ado a>os de ensayo y error< &ruebas< y "ue el &roceso es uno de los m=s com&le?os "ue &odemos obser;ar en la actualidad. Ain m=s "ue acotar a nuestro inorme< es&eramos "ue esta inormación brindada les :aya sido de -ran ayuda &ara entender en &arte los términos es&eciicados.
6=-. 14.@
