octanaje y acetano
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OCTANAJE E INDICE CETANO
Ing. César Augusto Pineda Gómez.Laboratorio de Fluidos.Escuela de Ingeniería de Petróleos.Universidad Industrial de Santander.I SEMESTRE 2014.
BRAYAN DAVID CASTAÑO 21000355 ANGELA XIMENA AVELLA 2103096
GRUPO : I2
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GENERALIDADES Combustibles Gasolina Motor de combustión interna Combustible Diesel Motor Diesel
OCTANAJE Definición Escala de Índice de Octanaje Métodos para el cálculo de Octanaje Estadísticas
INDICE DE CETANO Definición Métodos usados para su determinación Aditivos Especiales Estadísticas
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
CONTENIDO,
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OBJETIVO GENERAL
Describir el concepto de octanaje e índice de cetano sus implicaciones en la caracterización de los combustibles.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Enunciar los métodos para determinar el índice de octano teniendo en cuenta las condiciones experimentales para su ejecución.
• Enunciar los métodos para determinar el índice de cetano teniendo en cuenta las condiciones experimentales para su ejecución.
OBJETIVOS
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INTRODUCCION
Fuente: http://tinyurl.com/7mh4vmd
Fuente: http://tinyurl.com/7mh4vmd
Fuente: http://tinyurl.com/7mh4vmd
COMBUSTION & COMBUSTIBLES..
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GENERALIDADES.
Son sustancias capaces de liberar energía cuando se oxidan y están en presencia de altas temperaturas. Supone la liberación de una energía química a energía mecánica dejando como residuo calor.
Com
bust
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e
Com
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E. Activación
COMBUSTIBLES.
Fuente: www.expower.es
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COMBUSTIBLE USOS
Gas Natural o Sectores: - Industrial - Petroquímico - Termoeléctrico - Doméstico - Comercial - Trans. terrestre
Gas Licuado del Petróleo (GLP)
o Combustible domésticoo Hornos, secadores y calderas de las industriaso Motores de combustión interna y en turbinas de gas
Avigas o Aviones con motor de pistón
Queroseno o Estufas domésticaso Hornos y secadores industriales
Combustóleo o Fuel Oil o Hornos, secadores y calderaso Plantas de generación de energía eléctrica
Diesel (ACPM)o Automotores trabajo medio y pesadoo Energía mecánica y eléctricao Hornos, secadores y calderas
COMBUSTIBLES
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Mezcla compleja de hidrocarburos formada por fracciones combustibles provenientes de diferentes procesos de refinación del petróleo, usada en motores de combustión interna.
Se producen de diferentes octanajes de acuerdo con el mercado objetivo:
• Corriente → Bajo octanaje.• Extra o Premium → Mayor octanaje.
GASOLINA
FUENTE:http://www.colcarros.com/comunidad/precio-de-la-gasolina-no-subira-en-octubre-en-colombia.html
Fuente.http://www.venelogia.com/ex/tag/Gasolina
Densidad : 680 g/L (5,6748 Lb/gal)
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Es una mezcla de hidrocarburos, compuesta fundamentalmente por parafinas.
Utilizado principalmente en motores diesel y calefacción.
Se caracteriza por ser más pesado que la gasolina.
También es llamado Gasóleo.
DIESEL
Se obtiene a partir del proceso de refinación del petróleo y se caracteriza por ser mas pesado que la gasolina por esto se evapora más lento.
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DESTILACION DEL PETROLEO COMBUSTIBLES.
Fuente: http://tinyurl.com/6tu8qrm
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Es una máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. El motor se compone de:
MOTOR DE COMBUSTION INTERNA
1.Válvula de admisión2. Bujía3.Válvula de escape4. Cámara de combustión5. Pistón6. Segmentos7. Cilindro8. Biela9. Cigüeñal
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CLASES DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
2T gasolina: tuvo gran aplicación en las motocicletas, motores
ultraligeros y motores marinos fuera de borda hasta una cierta
cilindrada.
4T gasolina: domina en las aplicaciones de motocicletas de todas las cilindradas, automóviles, aviación deportiva.
2T diésel: domina en las aplicaciones navales de gran potencia, tracción ferroviaria.
4T diésel: domina en el transporte terrestre, automóviles, aplicaciones navales y aviación deportiva.
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MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOTOR OTTO.
2. Compresión
1. Admisión
3. Expansión
4. EscapeFuente.
http://www.asifunciona.com/mecanica/af_motor_gasolina/af_motor_gasolina_pu2.htm
Cualquier gasolina, se caracteriza entre otras, por su capacidad antidetonante. Es importante optimizar la compresión sin que detone de manera espontanea.
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CUATRO ETAPAS.
Motor Otto1. E-A: admisión a presión
constante 2. A-B: compresión adiabática3. B-C: combustión, aporte de
calor a volumen constante, la presión se eleva rápidamente.C-D: expansión adiabática (parte del ciclo que entrega trabajo).
4. D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen constante
A-E: Escape, vaciado de la cámara …….a presión constante
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MOTOR DE DIESEL DE COMBUSTIÓN
Al igual que el motor para gasolina, este proceso ocurre en cuatro tiempos.
Fuente. © 2007 Encyclopedia Britannica. Inc.
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OCTANAJE
Es una escala de calidad que mide la resistencia que presenta un combustible a detonar o auto encender prematuramente cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.
Entre mas alto el número, menos capacidad tiene el combustible de encenderse por si mismo.
Un buen octanaje mejora la relación de compresibilidad, y por tanto la eficiencia de un motor de bujía.
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Hidrocarburo Índice de Octano
n-heptano 0
n-hexano 19
n-pentano 62
2,2,-dimetilpentano 89
Benceno 99
2,2,4-trimetilpentano 100
n-butano 113
Tolueno 124
Isopropilbenceno 132
Ciclopentano 141
1-penteno 152
2-metil-2-buteno 176
ESCALA DE INDICE DE OCTANAJE IC
Combustibles con octanaje mayor a 100, usan otros hidrocarburos de referencia, en el caso de la gasolina de aviación, GLP, GNL, el etanol y metanol.
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HIDROCARBUROS MON y RON
Cadena ramificada y corta con enlace simple o doble
Muy alto
Aromáticos (cíclicos) Alto
Lineales o acíclicos Bajo
Cicloparafina y naftnénicos Escala intermedia
Usa como patrón una mezcla de iso-octano y plomo tetraetilo.
El octanaje será 100 más la cantidad de plomo tetraetilo añadido.
MEDICION DEL OCTANAJE
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Existen dos formas para realizar la medición del octanaje, las cuales utilizan un motor especial (motor CFR), en lo que se diferencian las pruebas son las condiciones en las que se realizan.
PROCEDIMIENTO:
• Detectar explosiones de la muestra• Introducir una mezcla de los componentes de
referencia• Buscar las explosiones en la mezcla introducida• Cambiar la mezcla de no conseguirse las
explosiones a las condiciones de la prueba.
MEDICION DEL OCTANAJEPRUEBAS DE MOTOR.
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La prueba se realiza en un motor tipo CRF Cooperative Fuels Research de un solo cilindro estandarizado.
PRUEBA DE MOTOR.
Principio del método
Se efectúa en un motor especial de un sólo cilindro, aumentando progresivamente la comprensión hasta que se manifiesten las detonaciones. Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la comprensión anterior, con una mezcla de iso-octano y una cantidad variable de n-heptano, que representará el octanaje o índice de octano de la gasolina para la cual se procedió a la prueba y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de hidrocarburos.
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DETERMINACION DEL O CTANAJEPRUEBAS DE MOTOR.
Prue
bas
de M
otor
RON Research Octane
NumberASTM D 2699
MON Motor Octane Number
ASTM D 2700
Intenta reproducir la situación de un motor en la ciudad a bajas velocidades (600 RPM) con numerosas aceleraciones.
T fluido: 51.7 °C.
Intenta reproducir la situación del mismo motor en carretera a altas velocidades (900 RPM) y conducción regular.
T fluido: 148,9 °C.
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Para determinar la calidad antidetonante de una gasolina se puede hacer uso de 3 tipos de métodos:
RON - Research Octane Number. MON - Motor Octane Number. PON - Pump Octane Number.
MEDICION DEL DEL OCTANAJE
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MON
MON es la abreviatura de “Motor Octane Number”. Intenta reproducir la situación del motor en la carretera, alto régimen y
conducción regular.
Condiciones de la prueba
MONASTM D 2700 - ISO 5163
Motor Cooperative Fuels Research
Temperatura ambiente 38° C
Temperatura de la mezcla 148,9 º C
Humedad 3,56 - 7,12 g por kg de aire seco
Temperatura del refrigerante 100° C
Temperatura del lubricante 57º C
Avance del encendido
Variable según la relación de compresión
Diámetro mínimo del carburador 14,3 mm
Régimen del motor 900 rpm
Mide el octanaje en el mismo motor pero a alta velocidad (900 rpm) y una T del fluido = 149 °C.
PRUEBA DE MOTOR.
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RON
RON es la abreviatura de “Research Octane Number”.
Intenta reproducir la situación del motor en la ciudad, Bajo régimen con numerosas
aceleraciones.
Condiciones de la pruebaRON
ASTM D 2699 - ISO 5164
Motor Cooperative Fuels Research
Temperatura ambiente Variable según la presión
Temperatura de la mezcla No especificada
Humedad 3,56 - 7,12 g por kg de aire seco
Temperatura del refrigerante 100° C
Temperatura del lubricante 57º C
Avance del encendido 13º antes del PMS
Diámetro mínimo del carburador
Variable según la altura
Régimen del motor 600 rpm
Mide el octanaje en un motor especial a baja velocidad (600 rpm) y una T del fluido = 51.7 °C
PRUEBA DE MOTOR.
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PONEn Estados Unidos se utiliza un manera para medir el índice de octano que vincula tato el RON como el MON. Esté método es llamado PON (Pump Octane Number), el cual es un promedio del RON y del MON.
PRUEBA DE MOTOR.
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MODELOS MATEMATICOS
Número de Octano en carretera
(Road On)• Octanaje probado en la carretera
Número de Octano en el surtidor (PON)
• Aplicado en la comercialización de la gasolina
𝑅𝑜𝑎𝑑𝑂 .𝑁=(𝐾 1∗𝑅𝑂𝑁 )+(𝐾 2∗𝑀𝑂𝑁 )+𝐾 3
𝑃𝑂𝑁=𝑅𝑂𝑁+𝑀𝑂𝑁
2
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GASOLINAS EN EL MUNDO
ZONA CLASE PON
COLOMBIA Regular 81
Premium 87
ESTADOS UNIDOS Regular 87
Mid-Grade 89
Premium 92
Europa EuroSuper 95
Super 97
Superplus 98
Fuente: http://tinyurl.com/73rxf6q
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VARIACION OCTANAJE CON LA ALTURA.
Número de Octanos a Nivel del Mar
Nú
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Altura (m)
Fuente: http://tinyurl.com/6okc6yf. Modificaa por el autor
“The higher the altitude above sea level, the lower the octane requirement”.2
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ADITIVOS PARA MEJORAR OCTANAJE EN GASOLINA.
Inicialmente se usaron algunos compuestos antidetonantes a base de plomo y manganeso que por sus bajos costos y alto rendimiento eran ideales para el uso comercial de la gasolina. Sin embargo, debido al gran impacto ambiental que generaban las emisiones resultantes se iniciaron una serie de acciones para sacarlos del mercado.
El Tetraetilo de plomo que
incrementa el Número de Octano
entre 2 y 4 unidades.
Etanol y Metanol. Metil-Ter-Butil-Éter (MTBE). Ter-Amil-Metil-Éter (TAME). Etil-Teer-Butil-Éter (ETBE).
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Posteriormente, la aplicación de nuevas tecnologías de refinación, reformado catalítico, isomerización y otros procesos, permitieron obtener gasolinas con elevados números de octano limpios, es decir, sin aditivos.
Igualmente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados denominados ecológicos en sustitución el tetraetilo de plomo; siendo los más comunes:
ADITIVOS PARA MEJORAR OCTANAJE EN GASOLINA.
Metil-Ter-Butil-Eter (MTBE)
Ter-Amil-Metil-Eter (TAME)
Etil-Teer-Butil-Eter (ETBE)
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COMERCIALIZACION OCTANAJE.
• En la actualidad toda la gasolina que se comercializa en el país es una mezcla etanol 10% + gasolina 90%, la cual se hace en refinería.
• Ese esquema tiene sus inconvenientes ya que el alcohol aumenta no solo el octanaje sino la volatilidad de la mezcla y eventualmente ocasiona pérdidas por evaporación.
• Teóricamente lo que gana en octanaje lo pierde en volumen pero en últimas gana el ambiente, ya que se emite menos azufre a la atmósfera.
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ZONA Gasolina PONMON
(Aprox)
RON
(Aprox)
COLOMBIACorriente 81 -
Extra 87 - -
AMERICA
Regular 87 83 91
Mid-Grade 89 85 92
Premium 92 88 96
EUROPA
EuroSuper 95 - -
Super 97 - -
SuperPlus 98 - -
OCTANAJE GASOLINA.
COMERCIALIZACION DE LA GASOLINA EN EL MUNDO.
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INDICE DE CETANO.
Fuente. http://www.icex.es.html
Cuanto más elevado es el número de cetano, menor es el retraso de la ignición y mejor es la calidad de combustión.
La calidad de la ignición de un combustible diesel va a depender de su composición, es decir, de que tenga más parafínicos o más aromáticos.
Es una medida de la calidad y facilidad de ignición del diesel.
CETANAJE
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Este valor se determina comparando al combustible diesel con mezclas de referencia compuestas de n-cetano y hepta-metilnonano.
Dicha comparación se realiza en un motor de combustión interna estandarizado, bajo determinadas condiciones de prueba hasta que ambas muestras presentan la misma calidad de ignición.
DETERMINACION
INDICE DE CETANO
cetano 100
α-metil naftaleno 0
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DETERNINACION.
El Número de Cetano es equivalente al % de n-cetano en la mezcla.El rango de número de cetano de la prueba esta entre 30-65.Los números de cetano correspondientes a los fluidos de referencia usados en la prueba son:
Comp onente Estructura Molecular I. Cetano Características
Alfa metil naftaleno 0
o Catorce carbonos
o HC que no se inflama con facilidad.
n- hexadecano(cetano) 100
o Dieciséis carbonos – alcano lineal.
o HC que se inflama con facilidad.
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DETERMINACION
NORMA ASTM D613
Para determinar el índice cetano se compara el combustible diesel con mezclas de referencia compuestas de hexadecano (n-cetano) y heptametilnonano, en un motor CFR.
Componente N. Cetano
Alfametilnaftaleno 0
Heptametilnonano puro 15
n-cetanol puro 100
El número de cetano del combustible a examinar será igual a la proporción de cetano de la mezcla para que el motor de pruebas funcione de manera equivalente.
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METODOS DE DETERMINACION IC.
• Cuando no se dispone de un motor para hacer dicha prueba, se podrá estimar el índice de cetano de forma teórica según lo especifica la norma ASTM-D4737-10
• Este valor se calcula en función de la densidad API y de la temperatura media de ebullición del producto (curva de destilación ASTM).
• El valor obtenido por este método es menos exacto en comparación con el obtenido con prueba de motor, ya que este puede llegar a variar al determinar las propiedades necesarias para su cálculo.
CETANAJE.
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DETERMINACION.
Los metodos alternativo para estimar el numero de cetano de forma teórica son los especificados en:
Norma ASTM D976
Norma ASTM D4737
El valor obtenido es menos exacto, ya que este puede llegar a variar al determinar las propiedades necesarias para su cálculo.
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NORMA ASTM D796
Este método utiliza una ecuación o monograma para determinar el índice de cetano. El índice de cetano se calcula a partir de los datos de la gravedad API a 15°C y de la temperatura media de ebullición del producto.
A mayor densidad menor índice de cetano
A mayor temperatura mayor índice de cetano
Componente N. de Cetano
heptametilnonano puro 15
n - hexadecano puro 100
Fuente: http://tinyurl.com/7742euk
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𝐼𝐶=420,34 − ( 0,016∗𝐺2 )+( 0,192∗𝐺∗ log 𝑀 )+(65,01∗ (log 𝑀 )2 )−(0,001809∗𝑀2)
Donde:IC es el Indice de CetanoG es la Gravedad API determinada con la norma CONVENIN 883M es la Temperatura media de ebullición en [°C] a presión barométrica estándar.
𝐼𝐶=454,74 −1641,416∗𝐷+774,74∗𝐷2 − 0.554∗𝐵+97.803∗(log 𝐵)2
Donde:IC es el Indice de CetanoD es la Densidad de la muestra a 15°C en [g/ml] determinada de la gravedad APIB es la Temperatura media de ebullición en [°C] a presión barométrica estándar.
NORMA ASTM D796
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DETERMINACION NORMA ASTM D473
Este método se hace por medio de la ecuación de las cuatro variables, (la densidad a 15°C y los puntos de destilación T50, T10 y T90). Los valores obtenidos se aproximan mas al numero de cetano determinado con motor (ASTM D 613).
)
Donde:D es el la densidad de la muestra a 15°C en [g/ml]T10 es la temperatura en °C a la que destila el 10%T50 es la temperatura en °C a la que destila el 50%T90 es la temperatura en °C a la que destila el 90%
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Para aumentar el Número de Cetano se utilizan los denominados mejoradores de ignición, que son componentes adicionados en muy pequeñas cantidades, los cuales lo mejoran, reduciendo el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible.
Los más comunes son:
Nitratos orgánicos
Polisulfuros
Peróxidos
Aldehídos
Cetonas y éteres muy volátiles
ADITIVOS AL CETANO
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Para aumentar el número de cetano se utilizan los denominados mejoradores de ignición, que son componentes adicionados en muy pequeñas cantidades, los cuales reducen el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible. Los más comunes son:
Nitratos orgánicos
Polisulfuros
Cetonas y éteres
Aldehídos
Peróxidos
ADITIVOS AL DIESEL.
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ZONA Dieselíndice de
cetano
Número de
cetano
COLOMBIA
Corriente 45 43
Extra 45 45
Marino 40 40
USA Convencional 40 40
EUROPA Convencional 50 50
INDICE DE CETANO
Altura Cantidad de Oxígeno
Velocidad de Combustión
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CONCLUSIONES
• Las pruebas para la determinación del índice de octano y de cetano se basan en el mismo principio, siendo la principal diferencia los componentes de referencia usados en la mezcla .
• Al igual que con la gasolina, es necesario el uso de aditivos para el diesel para reducir el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible.
• El aumento del número de cetano traerá consigo un trabajo óptimo del motor a bajas temperaturas, manteniendo una combustión regular y suave.
• Existen varias maneras de medir el índice de octano, siendo las mas reconocidas el RON, el MON y una combinación de las dos anteriores llamada PON
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CONCLUSIONES
• La adecuada determinación de las características de los combustibles, tales como el octanaje y el índice de cetano, permiten un adecuado funcionamiento del motor, de acuerdo a las especificaciones técnicas del fabricante.
• Se entiende la diferencia entre las definiciones de Octanaje e índice de cetano, teniendo en cuenta las diferencias de las propiedades de los combustibles a analizar, y de su respectivo uso.
• La industria petroquímica colombiana presenta algún grado de atraso respecto al panorama mundial.
• La investigación y desarrollo de nuevos procesos y aditivos para el mejoramiento en la calidad de los combustibles, permite aprovechar al máximo la energía que se puede liberar de los mismos.
• A mayor compresión, mayor será el octanaje y mejor capacidad antidetonante del combustible
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BIBLIOGRAFIAS
Normas ASTM D 2699-10. Números de Octanos de Investigación Norma ASTM D 2700-10. Número de Octano de Motor Fisier Química Orgánica Fundamental, L Fisier, 1968 El petróleo. Refino y tratamiento químico. Vol 1. Madrid: Ediciones CPSA,
S.A.. Articulo interno de la UIS, Las Gasolinas en Colombia, Docentes UIS Combustibles líquidos IV. Gasóleos y fuelóleos, 2006
• http://www.textoscientificos.com Revista octanaje No. 2 , Nicolás Rodríguez Martínez
• http://www.ref.pemex.com Cómo funciona el motor de gasolina y Diesel
• http:// www.asifunciona.com Cálculo del índice de cetano de los combustibles destilados
http://www.sencamer.gob.ve
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PREGUNTAS?
GRACIAS POR SU
ATENCION!