El cetanaje es una medida de la calidad de encendido de un combustible utilizado en motores diésel. Indica la facilidad y rapidez con la que el combustible comienza a arder después de ser inyectado en el aire caliente y comprimido del cilindro. Cuanto mayor es el valor, normalmente menor es el intervalo entre el comienzo de la inyección y el inicio efectivo de la combustión.
Este concepto suele compararse con el octanaje de la gasolina, pero ambos parámetros representan comportamientos opuestos. En un motor de gasolina se busca que el combustible resista la autoignición no controlada antes de que actúe la bujía. En un motor diésel, en cambio, se necesita que el combustible se autoencienda de manera predecible poco después de ser inyectado.
Aunque expresiones como cetanaje, número de cetano e índice de cetano se utilizan frecuentemente como sinónimos, técnicamente no siempre significan lo mismo. El número de cetano se determina mediante una prueba de combustión, mientras que el índice de cetano es una estimación calculada a partir de propiedades físicas del combustible.
Encendido diésel
En un motor diésel, el cilindro aspira inicialmente aire. Durante la carrera de compresión, el pistón asciende y reduce el volumen disponible, aumentando considerablemente la presión y la temperatura del aire.
Cerca del punto muerto superior o PMS, el inyector pulveriza combustible dentro de la cámara. Las gotas deben atomizarse, calentarse, evaporarse, mezclarse con el oxígeno e iniciar las reacciones químicas que conducen a la combustión.
El combustible no comienza a arder exactamente en el mismo instante en que sale del inyector. Entre el comienzo de la inyección y el inicio detectable de la combustión existe un intervalo denominado retraso de encendido o ignition delay.
Este retraso incluye una fase física, relacionada con la atomización, evaporación y mezcla del combustible, y una fase química, en la que se desarrollan las reacciones previas a la autoignición. El número de cetano se utiliza principalmente para caracterizar la facilidad con la que el combustible atraviesa estas etapas e inicia la combustión.
Un combustible con número de cetano alto presenta generalmente un retraso más corto. Uno con número bajo necesita más tiempo para comenzar a arder bajo condiciones comparables. ASTM define el número de cetano como una medida de las características de encendido de los combustibles destinados a motores de encendido por compresión.
Diferencia con el octanaje
El octanaje y el cetanaje no son versiones intercambiables de una misma propiedad. El octanaje mide la resistencia de la gasolina a la autoignición indeseada, mientras que el número de cetano evalúa la facilidad con que el diésel inicia una autoignición controlada después de ser inyectado.
Una gasolina con octanaje elevado puede soportar mayor presión y temperatura sin detonar prematuramente. Esta resistencia es necesaria porque el encendido debe comenzar, en condiciones normales, por la chispa de la bujía y no por puntos calientes o reacciones espontáneas anticipadas.
En el diésel ocurre lo contrario. No existe una bujía que encienda la carga durante el funcionamiento normal. La combustión depende del calor producido por la compresión, por lo que el combustible debe presentar una respuesta de autoignición adecuada.
Por ello, decir que un diésel de alto cetano es simplemente “más resistente” sería incorrecto. En realidad, es más propenso a iniciar la combustión de manera rápida y predecible bajo las condiciones propias de un motor de encendido por compresión.
Número de cetano
El número de cetano, abreviado habitualmente como CN por Cetane Number, se determina comparando el comportamiento del combustible con mezclas de referencia en un motor de ensayo normalizado.
La prueba tradicional está definida por la norma ASTM D613. Utiliza un motor diésel monocilíndrico de cuatro tiempos, con inyección indirecta y relación de compresión variable. El combustible analizado se prueba bajo condiciones controladas y su retraso de encendido se compara con el de combustibles de referencia.
El n-hexadecano, también llamado cetano normal, representa el extremo de encendido rápido y tiene asignado un valor de 100. El compuesto 2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonano, conocido como isocetano o HMN, posee un comportamiento de encendido más lento y tiene asignado un valor de 15 en la escala moderna de referencia.
La escala formal se extiende desde 0 hasta 100, aunque ASTM señala que los ensayos habituales se realizan aproximadamente entre 30 y 85. Un combustible con número de cetano 50 no necesariamente contiene un 50 % de cetano. El valor indica que su comportamiento de encendido equivale al de una combinación determinada de combustibles de referencia.
Índice de cetano
El índice de cetano es un valor calculado y no una medición directa de la combustión. Se estima mediante ecuaciones que utilizan propiedades como la densidad y determinadas temperaturas de la curva de destilación.
La norma ASTM D4737 establece un método de cálculo mediante cuatro variables. Su objetivo es proporcionar una estimación cuando no se dispone de un motor de ensayo o cuando la cantidad de muestra es insuficiente para efectuar la medición tradicional.
El índice resulta útil para evaluar combustibles convencionales procedentes de fuentes y procesos conocidos. Sin embargo, posee limitaciones importantes. No reemplaza técnicamente al número obtenido mediante ASTM D613 y puede ser poco representativo cuando el combustible contiene mejoradores de cetano, componentes no convencionales o mezclas que no formaban parte de los datos utilizados para desarrollar la ecuación.
ASTM especifica que el índice calculado es una herramienta complementaria y que no debe utilizarse como método alternativo para expresar directamente el número ASTM de cetano. La misma norma excluye determinadas mezclas con biodiésel y advierte que el cálculo no refleja correctamente el efecto de los aditivos mejoradores de encendido.
Por esta razón, dos combustibles pueden tener un índice de cetano parecido, pero números de cetano reales diferentes si uno de ellos incorpora aditivos que modifican su comportamiento químico durante la autoignición.
Número derivado
Existe además el número de cetano derivado, abreviado como DCN por Derived Cetane Number. Se obtiene en una cámara de combustión de volumen constante, donde una muestra de combustible se inyecta dentro de aire caliente y comprimido.
El equipo mide el retraso entre la inyección y la combustión. Posteriormente, una ecuación correlaciona ese resultado con la escala obtenida mediante el motor ASTM D613.
La norma ASTM D6890 describe este procedimiento y permite analizar combustibles convencionales, mezclas con biodiésel y combustibles tratados con mejoradores de cetano. A diferencia del índice calculado, este método sí observa el efecto real que determinados aditivos ejercen sobre el retraso de encendido.
En términos prácticos, las tres expresiones deben interpretarse de manera diferenciada. El número de cetano se obtiene mediante un motor normalizado, el número derivado se determina en una cámara de combustión y el índice se calcula a partir de propiedades físicas.
Combustible de bajo cetanaje
Cuando el número de cetano es demasiado bajo para el diseño o las condiciones de funcionamiento del motor, el retraso de encendido aumenta. Durante ese intervalo puede continuar ingresando combustible al cilindro antes de que comience la combustión.
Al iniciarse el encendido, una cantidad relativamente grande de combustible premezclado puede arder en poco tiempo. Esto genera un aumento rápido de presión que puede percibirse como un funcionamiento áspero o un golpeteo característico del motor diésel.
Durante un arranque en frío, la temperatura alcanzada al final de la compresión es menor debido a las pérdidas de calor hacia las paredes del cilindro y a la baja temperatura inicial del aire. Un combustible de bajo cetanaje puede tardar demasiado en encenderse, provocando un arranque prolongado, combustión irregular y humo blanco compuesto en parte por combustible sin quemar o parcialmente oxidado.
También pueden presentarse ralentí inestable, fallos de combustión, ruido elevado y emisiones superiores de hidrocarburos y monóxido de carbono durante el calentamiento. No obstante, síntomas similares pueden originarse por baja compresión, inyectores defectuosos, bujías de precalentamiento averiadas, presión insuficiente en el riel o una sincronización incorrecta de la inyección.
Combustible de alto cetanaje
Un combustible con cetanaje adecuado comienza a arder más rápidamente después de la inyección. Esto puede favorecer arranques en frío más rápidos, menor humo blanco durante el calentamiento, ralentí más uniforme y menor brusquedad en el aumento inicial de presión.
El Departamento de Energía de Estados Unidos señala que un número de cetano mayor reduce el retraso de encendido y facilita el arranque del motor. Este comportamiento es una de las razones por las que ciertos componentes del biodiésel pueden mejorar la calidad de ignición de una mezcla.
Sin embargo, un valor elevado no significa automáticamente que el combustible contenga más energía ni que produzca más potencia. El cetanaje no mide el poder calorífico, la densidad, la lubricidad, la estabilidad, la limpieza de los inyectores ni la resistencia del combustible a bajas temperaturas.
Cuando el motor ya funciona a temperatura normal y su sistema de inyección está calibrado para el combustible disponible, elevar el cetanaje más allá del nivel necesario puede producir beneficios pequeños o difíciles de percibir. Los efectos sobre consumo, óxidos de nitrógeno y partículas dependen de la cámara de combustión, la estrategia de inyección, la recirculación de gases, la sobrealimentación y el sistema de postratamiento.
Un encendido excesivamente rápido tampoco constituye por sí solo una garantía de combustión perfecta. Si la combustión comienza antes de que exista una mezcla suficiente entre aire y combustible, puede cambiar la distribución de zonas ricas y pobres dentro de la cámara. Por esta razón, los fabricantes calibran el avance, la presión y las inyecciones múltiples considerando un rango de calidad de combustible.
Valores habituales
Los requisitos mínimos cambian según la regulación y el mercado. La especificación estadounidense ASTM D975 ha utilizado tradicionalmente un mínimo de 40 para distintas categorías de combustible diésel.
En la Unión Europea, la Directiva 98/70/EC establece para el combustible diésel comercial un número mínimo de cetano de 51. La documentación europea relaciona este valor con los métodos de ensayo especificados para el combustible EN 590.
Estas cifras son valores mínimos de especificación y no indican necesariamente el número exacto que posee cada combustible vendido. Algunos productos comerciales pueden superar el mínimo mediante la selección de componentes de refinería o el uso de aditivos.
El conductor debe seguir la recomendación del fabricante del vehículo y utilizar combustible que cumpla la normativa exigida en su mercado. Escoger el número más alto disponible no corrige un sistema de inyección defectuoso ni reemplaza el mantenimiento del filtro de combustible.
Mejoradores de cetano
Los mejoradores de cetano son aditivos que aceleran las reacciones previas a la autoignición. Uno de los compuestos más utilizados es el nitrato de 2-etilhexilo, conocido como 2-EHN.
Estos productos pueden elevar el número de cetano sin modificar de la misma forma el índice calculado, porque el índice se obtiene mediante densidad y destilación y no mediante una prueba de combustión.
El aumento conseguido no es necesariamente lineal. La respuesta depende de la composición inicial del combustible, del tipo de aditivo y de su concentración. Una cantidad determinada puede elevar varios puntos un combustible y producir un resultado diferente en otro.
Los aditivos deben utilizarse en la concentración indicada y ser compatibles con el fabricante del motor y el sistema de postratamiento. Agregar una cantidad excesiva no convierte al combustible en uno proporcionalmente mejor y no compensa problemas de contaminación, agua, lubricidad, filtración o almacenamiento.
Biodiésel y diésel renovable
El biodiésel FAME, producido mediante la transformación de aceites o grasas en ésteres, suele poseer una calidad de encendido compatible con motores diésel, aunque su número de cetano varía según la materia prima y el proceso de fabricación.
Cuando se mezcla en proporciones controladas, puede elevar el cetanaje y mejorar la lubricidad del combustible base. Sin embargo, también modifica otras propiedades, como la estabilidad a la oxidación, la respuesta a bajas temperaturas y la compatibilidad con ciertos materiales. El cetanaje por sí solo no determina si una mezcla es apropiada para un vehículo.
El diésel renovable parafínico, producido mediante procesos como el hidrotratamiento, puede presentar números de cetano considerablemente altos. Aun así, debe cumplir las especificaciones aplicables de lubricidad, densidad, estabilidad y compatibilidad con el motor.
Calidad integral
El cetanaje es solo una parte de la calidad del combustible diésel. Un producto adecuado también debe controlar la viscosidad, densidad, lubricidad, contenido de agua, contaminación por partículas, estabilidad, azufre y comportamiento a bajas temperaturas.
Un combustible puede poseer un número de cetano elevado y, al mismo tiempo, estar contaminado con agua o partículas capaces de dañar una bomba de alta presión. Del mismo modo, un producto con buena lubricidad puede presentar un comportamiento deficiente de autoignición.
Los combustibles comercializados como diésel premium pueden incorporar mejoradores de cetano, detergentes, inhibidores de corrosión, agentes antiespumantes u otros componentes. El nombre comercial no permite conocer cuánto ha aumentado el cetanaje ni qué efecto tendrá en un motor específico.
Diagnóstico
La unidad electrónica de un vehículo convencional no suele medir directamente el número de cetano. Puede observar indirectamente el comportamiento de la combustión mediante sensores de posición, presión, aceleración o correcciones de inyección, pero normalmente no genera un código DTC que indique literalmente “cetanaje bajo”.
Cuando el combustible posee una calidad de encendido inadecuada, pueden aparecer fallos de combustión, irregularidades de ralentí o desviaciones en la presión y sincronización. Estos síntomas deben evaluarse junto con la calidad del combustible, la temperatura, la compresión, los inyectores y el sistema de precalentamiento.
Si un problema aparece inmediatamente después de cargar combustible y afecta simultáneamente a varios cilindros, conviene considerar contaminación o calidad inadecuada. Aun así, el diagnóstico debe confirmarse mediante una muestra y un análisis apropiado; no basta con inferir el cetanaje a partir del ruido del motor.
El cetanaje o número de cetano expresa la rapidez con la que un combustible diésel inicia la combustión después de ser inyectado. Su relación con el octanaje es útil para comprender que ambos describen la calidad de encendido, pero sus objetivos son opuestos: la gasolina debe resistir la autoignición y el diésel debe iniciarla de forma controlada. Elegir un combustible adecuado implica respetar el valor requerido por el fabricante sin olvidar que la durabilidad del motor depende también de la lubricidad, limpieza, estabilidad y ausencia de agua o contaminantes.
Referencias
Standard Test Method for Cetane Number of Diesel Fuel Oil, ASTM D613 – ASTM International https://store.astm.org/standards/d613
Standard Test Method for Determination of Ignition Delay and Derived Cetane Number, ASTM D6890 – ASTM International https://store.astm.org/d6890-25.html
Standard Test Method for Calculated Cetane Index by Four Variable Equation, ASTM D4737 – ASTM International https://store.astm.org/d4737-21.html
Diesel Fuels Technical Review – Chevron Global Marketing https://www.chevron.com/-/media/chevron/operations/documents/diesel-fuel-tech-review.pdf
Diesel Vehicles Using Biodiesel – U.S. Department of Energy, Alternative Fuels Data Center https://afdc.energy.gov/vehicles/diesel
Biodiesel Handling and Use Guide, Sixth Edition – National Renewable Energy Laboratory https://docs.nlr.gov/docs/fy23osti/86939.pdf
Directive 98/70/EC Relating to the Quality of Petrol and Diesel Fuels – European Parliament and Council of the European Union https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX%3A01998L0070-20231120
Chemical Kinetic Research on HCCI and Diesel Fuels – Lawrence Livermore National Laboratory, U.S. Department of Energy https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f8/deer09_aceves.pdf
Biodiesel – Cummins Inc. https://www.cummins.com/en-na/technology/alternative-fuels/biodiesel
A Deep Dive into Renewable Diesel – Cummins Inc. https://www.cummins.com/en-na/news/2024/05/16/deep-dive-renewable-diesel
