Repsol YPF

O queroseno

O queroseno, utilizado como combustíbel para iluminación usouse tamén como combustíbel para motores de turbina. Debido a que estes motores se deseñaron insensíbeis ás propiedades do combustíbel, o queroseno ademais foi elixido pola súa dispoñibilidade considerando que cada gota de nafta era requirida para necesidades bélicas.

Despois da Segunda Guerra Mundial, a forza aérea norteamericana comezou a utilizar o corte amplo de combustíbel (wide cut), que é esencialmente unha mestura de hidrocarburos que inclúe gasolina e queroseno. Novamente esta opción tomouse debido a consideracións de dispoñibilidade.

Non obstante, este produto comparado co queroseno, posúe unha serie de desvantaxes como a súa grande volatilidade, que ocasiona:

• Grandes perdas por evaporación a grandes altitudes.
• Grandes probabilidades de risco de incendio durante a manipulación.

Por estas razóns nos anos '70 a forza aérea norteamericana reverteu o proceso, convertendo o JP4 (wide cut) a JP8 (combustíbel tipo queroseno). A mariña norteamericana comezou a utilizar para os seus avións nos '50 un queroseno, o JP5, de alto punto de inflamación.

Cando a industria comercial do jet se desenvolveu nos '50, elixiuse o queroseno por reunir a mellor combinación de propiedades. O Jet B (wide cut) aínda se utiliza en zonas como Canadá e Alaska, debido á súa adaptación aos climas fríos, pero son o Jet A e o Jet A-1 os mundialmente utilizados.

En EE.UU utilízase o Jet A (punto de conxelación -40°C) por prezo e dispoñibilidade. No resto do mundo utilízase o Jet A-1 xa que posúe un punto de conxelación de -47 °C, propiedade que o fai axeitado para longos voos internacionais, especialmente en rutas polares e no inverno.

Especificacións

Existen dúas organizacións que tomaron o rol da implementación e do mantemento das especificacións para o combustíbel jet comercial para turbinas de avións: ASTM(American Society for Testing and Materials) e MOD(United Kingdom Ministry of Defence).

As especificacións emitidas por estes dous organismos son moi similares. Outros países teñen as súas propias especificacións para o combustíbel jet e son moi semellantes ou idénticas ás emitidas por ASTM ou MOD. Nos estados independentes do Commonwealth (CIS) e parte do leste europeo as especificacións do combustíbel jet adoptan o estándar GOST.

As principais especificacións son:

• ASTM D-1655: The Standard Specification for Aviation Turbine Fuels. Inclúe as especificacións dos tres combustíbeis jet comerciais: Jet A, Jet A-1 e Jet B.
• Defence Standard 91-91: United Kingdom Ministry of Defence mantén esta especificación (formalmente titulada DERD 2494) para o Jet A-1.
• CGSB-3.22: É unha especificación de Canadá e cobre o Jet B utilizado en partes de Canadá e Alaska.
• GOST 10227: especificación rusa para combustíbel tipo queroseno livián, TS-1, empregado en CIS e parte do Leste Europeo.
• Joint Checklist: é a combinación dos requirimentos máis estritos de ASTM D-1655 e DEF STAND 91-91 nun documento: Aviation Fuel Quality Requirements for Jointly Operated System.
• IATA: International Air Transport Association publica o documento Guidance Material for Aviation Turbine Fuels Specifications. Contén especificacións para catro tipos de combustíbel para turbina de avións: Jet A; Jet A-1 e TS-1 e o corte amplo Jet B.

O Jet A cumpre cos requirimentos de ASTM, Jet a-1 cos de Joint Checklist, TS-1 cos de GOST de Rusia e Jet B cos de CGSB de Canadá.

Performance do Jet A-1

A función primaria do combustíbel para jet é subministrar potencia ao avión, son parámetros claves o seu contido enerxético e a calidade de combustión.

Outras propiedades de performance significativas son:

• estabilidade
• lubricidade
• fluidez
• volatilidade
• condición de non-corrosividade e limpeza.

Ademais de prover a enerxía, o combustíbel é usado tamén como fluído hidráulico nos sistemas de control do motor e como refrixerante para certos compoñentes do sistema de combustíbel.

Contido Enerxético

A turbina xera potencia mediante a conversión da enerxía química almacenada no combustíbel nunha combinación de enerxía mecánica e calor.

Esta propiedade pode ser medida a partir da Calor de Combustión, que é a calor liberada cando se queima unha fracción coñecida de combustíbel baixo determinadas condicións. O seu valor dependerá do tipo de hidrocarburos que constitúen o combustíbel e pode preverse a partir da densidade, xa que esta tamén é función da composición química do combustíbel.

O seu valor pode expresarse en volume (enerxía por unidade de volume) ou gravimetricamente (enerxía por unidade de peso).

Xeralmente, un combustíbel jet menos denso ten un contido enerxético gravimétrico menor, mentres que un combustíbel jet máis denso ten un contido enerxético volumétrico maior.

Un combustíbel jet con alto contido enerxético volumétrico aumenta a enerxía que pode almacenarse nos tanques da aeronave, provendo así unha maior autonomía de voo.

Características de combustión

Nunha turbina do avión, durante os procesos de combustión fórmanse prematuramente pequenas partículas carbonosas. Estas partículas continúan queimándose a medida que pasan pola lapa e consómense totalmente. Pero estas partículas vólvense incandescentes baixo certas condicións de presión e temperatura dentro da sección de combustión da turbina, e fan que as paredes do combustor absorban a radiación infravermella. Así aumenta a calor recibida pola transferencia de calor dos gases de combustión e poden xerar rupturas prematuras ou fallas do motor.

Se estas partículas carbonosas non son completamente consumidas pola lapa, poden chocar sobre as penlas da turbina e sobre os estátores causando a erosión dos materiais. Ademais, as partículas carbonosas son as responsábeis do fume visíbel que poden emitir as turbinas. A formación do fume está definida principalmente polo deseño e polas condicións de operación do motor, aínda que, para un deseño dado, a composición do combustíbel ten importancia nas emisións.

Estabilidade

Existen factores que poden deteriorar a calidade do combustíbel jet: o tempo (estabilidade á almacenaxe) e a exposición do jet a altas temperaturas no motor (estabilidade térmica).

A inestabilidade do combustíbel é causada por certas reaccións químicas que provocan a oxidación dalgúns compoñentes, que permanecen disoltos no seo do combustíbel e logo poden atacar e acurtar a vida útil de elastómeros do sistema de alimentación.

Tamén, como consecuencia destas reaccións químicas, pódense xerar gomas e partículas sólidas insolúbeis e poden obturar filtro de combustíbel, e mesmo depositarse sobre condutos por onde pasa o combustíbel jet e reducir o seu fluxo.

A Estabilidade Térmica é unha das propiedades máis importantes do combustíbel jet porque este é utilizado tamén como medio de intercambio de calor do motor e fuselaxe. O motor pode evidenciar problemas causados por cambios na propiedade de estabilidade térmica só a partir de centos ou miles de horas de operación.

Por estas razóns o combustíbel jet é sometido a ensaios baixo condicións severas, co obxectivo de analizar efectos que se poden medir nun lapso razoábel.

Lubricidade

As turbinas do avión están deseñadas para traballar con combustíbel jet dentro dun rango de viscosidade, no cal o combustíbel jet prové unha axeitada lubricación hidrodinámica.

Existen compostos químicos incluídos que forman parte da composición do combustíbel jet, que teñen propiedades lubricantes. Estes compostos conteñen nitróxeno, xofre e osíxeno.

Fluidez

As propiedades físicas como a viscosidade e o punto de conxelación úsanse para caracterizar a fluidez do combustíbel jet.

Viscosidade: o combustíbel jet inxéctase a alta presión dentro da cámara de combustión da turbina a través dos inxectores. Alí o combustíbel líquido transfórmase en gotas moi pequenas en forma de spray, que se evaporan rapidamente ao mesturarse co aire. O tamaño de gota está influenciado pola viscosidade do combustíbel. Se esta é moi alta, o motor pode ter dificultades de reacendido en voo.

Ademais somete a bomba de combustíbel a traballo forzado, para manter unha velocidade de fluxo de combustíbel constante.

Punto de Conxelación: o principio básico do combustíbel jet para o seu normal funcionamento é a súa bombeabilidade, que é a habilidade que posúe o combustíbel jet para ser movido dende o tanque ata a turbina, e que depende da súa fluidez e do deseño do sistema de combustíbel. O combustíbel jet xeralmente permanece bombeábel de 4 °C a 15 °C por debaixo do seu punto de conxelación.

Volatilidade

É a tendencia que ten o combustíbel jet a vaporizar e a súa caracterización determínase mediante dúas propiedades físicas como a presión de vapor e a curva de destilación.

A volatilidade é importante xa que o combustíbel jet debe vaporizarse para ser queimado, pero se esta é moi alta pode producir perdas por evaporación ou vapor lock no sistema de combustíbel.

Corrosión

O combustíbel non debe corroer os materiais cos que está en contacto durante a súa distribución e o seu uso. Para iso, os fabricantes de motores e equipos involucrados no sistema de combustíbel, controlan moi estritamente, para asegurar a compatibilidade do combustíbel jet, antes de aprobar os materiais usados con este fin. O combustíbel jet contén compostos potencialmente corrosivos, como mercaptanos e ácidos orgánicos, aínda que limitados polas especificacións.

Limpeza

Falar dun combustíbel limpo implica libre de partículas sólidas e de auga.

As partículas, como sucidade, óxidos, etc., poden obstruír filtros e aumentar o desgaste na bomba de combustíbel.

A auga, ademais de non queimar, conxélase a elevadas altitudes coa conseguinte formación de xeo e o risco de bloquear o o sistema de fluxo de combustíbel. Ademais pode facilitar a corrosión dalgúns metais e permitir o desenvolvemento microbiano. Existen outros produtos que poden afectar a pureza do combustíbel, como os surfactantes, mesturas, anilinas, microbios, etc.

Propiedades de seguridade

O combustíbel jet pode ser perigoso se non se manipula axeitadamente xa que a súa ignición é moi doada e queima rapidamente. Existen dúas propiedades que permiten determinar as características do combustíbel jet e que están relacionadas coa manipulación.

Punto de Inflamación: é unha indicación do risco ao lume, asociado ao combustíbel, e mide a tendencia do produto a formar unha mestura inflamábel co aire baixo condicións controladas.

Este parámetro é usado nas regulacións de seguridade e no transporte para clasificar os materiais en inflamábeis e combustíbeis, definíndose, a partir de ésto, as precaucións que deben considerarse durante a súa distribución e almacenaxe.

Condutividade Eléctrica: cando o combustíbel jet se move por ductos, bombas, válvulas ou filtros finos, xéranse cargas eléctricas estáticas. A velocidade á cal estas cargas se disipan é proporcional á capacidade condutora de electricidade do líquido.

Cando as cargas acumuladas no combustíbel exceden o potencial de ionización do aire que se atopa sobre o líquido, estas poden descargarse como chispa. A enerxía contida na chispa pode xerar unha explosión se o líquido é inflamábel e a composición do vapor e aire está no rango de inflamabilidade.

Para previr a acumulación de cargas úsase un aditivo disipador estático.