Ejercicios: Índice de octanos

Define qué es el índice de octanos de una gasolina y explica qué indica sobre su comportamiento en el motor. Menciona qué problema se produce cuando una gasolina tiene un octanaje demasiado bajo para el motor.

Se definen dos hidrocarburos de referencia para la escala de octanaje: el n-heptano, con índice de octanos 0, y el isooctano (2,2,4-trimetilpentano), con índice 100. Escribe la fórmula molecular de cada uno ($\text{C}_7\text{H}_{16}$ y $\text{C}_8\text{H}_{18}$) e indica cuál de los dos es de cadena ramificada y cuál de cadena lineal.

Una gasolina tiene un índice de octanos de 91. Explica qué significa ese número en términos de la mezcla de referencia de isooctano y n-heptano, e indica qué porcentaje de isooctano tendría la mezcla equivalente.

Se prepara una mezcla de referencia con 85 mL de isooctano y 15 mL de n-heptano.

1. a) Calcula el porcentaje en volumen de isooctano en la mezcla.

1. b) Indica cuál es el índice de octanos de la mezcla y compáralo con el de una gasolina de 87 octanos: ¿cuál resiste mejor la compresión sin detonar?

Compara la estructura del n-octano (cadena lineal de 8 carbonos, índice de octanos cercano a cero o negativo) con la del isooctano (muy ramificado, índice 100).

1. a) Explica cómo influye la ramificación de la cadena en la resistencia a la detonación.

1. b) Indica por qué una refinería puede desear transformar hidrocarburos lineales en ramificados al preparar gasolina.

En una estación de servicio de Cochabamba, un conductor duda entre dos gasolinas: una de 85 octanos, más barata, y otra de 95 octanos. Su auto tiene un motor de alta relación de compresión, y el manual recomienda un octanaje mínimo de 91.

1. a) Indica cuál debería elegir y por qué.

1. b) Explica qué consecuencias tendría usar la gasolina de 85 octanos en ese motor.

1. c) Explica por qué usar una gasolina de 95 octanos en un motor que solo requiere 85 no mejora necesariamente su rendimiento.

Una refinería dispone de dos componentes para mezclar: una nafta A de 70 octanos y una nafta B de 100 octanos. Se supone, como aproximación, que el índice de octanos de la mezcla es el promedio ponderado por el volumen.

1. a) Calcula el índice de octanos de una mezcla de 600 L de nafta A y 400 L de nafta B.

1. b) Calcula qué volumen de nafta B hay que agregar a 600 L de nafta A para llegar a 85 octanos.

1. c) Discute las limitaciones de esta aproximación lineal para mezclas reales y por qué en la práctica se verifica el octanaje de la mezcla de forma experimental.

Se comparan tres hidrocarburos de la fracción de gasolina: el n-pentano (cadena lineal), el isopentano (2-metilbutano, ramificado) y el benceno (anillo aromático). Todos tienen un número de carbono y hidrógeno relativamente cercano y se usan o se discuten como componentes de gasolina.

1. a) Escribe la fórmula molecular del n-pentano y del isopentano e indica qué tipo de isomería presentan entre sí.

1. b) Ordena de menor a mayor octanaje esperado los tres tipos de estructura (lineal, ramificada y aromática) y justifica con la estabilidad frente a la autoignición.

1. c) Argumenta por qué el uso de compuestos aromáticos como el benceno para elevar el octanaje está limitado por razones de salud y ambientales, y propone una alternativa basada en reformado o isomerización de las fracciones livianas.