Repsol YPF

El querosè, utilitzat com combustible per il·luminar es va emprar també com a combustible per a motors de turbina. Pel fet que aquests motors es van dissenyar insensibles a les propietats del combustible, el querosè a més va ser escollit per la seva disponibilitat considerant que cada gota de nafta era requerida per necessitats bèl·liques.

Després de la Segona Guerra Mundial, la força aèria nord-americana va començar a utilitzar el tall ampli de combustible (wide cut), que és essencialment una mescla d'hidrocarburs que inclou gasolina i querosè. Novament, aquesta opció es va escollir a causa de consideracions de disponibilitat.

No obstant això, aquest producte, comparat amb el querosè, té una sèrie de desavantatges, com la seva gran volatilitat, que ocasiona:

• Grans pèrdues per evaporació a grans altituds.
• Grans probabilitats de risc d'incendi durant la manipulació.

Per aquestes raons els anys 70 la força aèria nord-americana va revertir el procés i va convertir el JP4 (wide cut) a JP8 (combustible tipus querosè). La marina nord-americana va començar a utilitzar per als seus avions els anys 50 un querosè, el JP5, d'alt punt d'inflamació.

Quan la indústria comercial del jet es va desenvolupar els anys 50, es va escollir el querosè per agrupar la millor combinació de propietats. El Jet B (wide cut) encara s'utilitza en zones com el Canadà i Alaska, a causa de la seva adaptació als climes freds, però són el Jet A i el Jet A-1 els mundialment utilitzats.

Als EUA s'utilitza el Jet A (punt de congelació -40°C) per preu i disponibilitat. A la resta del món s'utilitza el Jet A-1, ja que té un punt de congelació de -47 °C, propietat que el fa adequat per a llargs vols internacionals, especialment en rutes polars i a l'hivern.

Especificacions

Existeixen dues organitzacions que van desenvolupar el paper de la implantació i el manteniment de les especificacions per al combustible jet comercial per a turbines d'avions: ASTM (American Society for Testing and Materials) i MOD (United Kingdom Ministry of Defence).

Les especificacions emeses per aquests dos organismes són molt similars. Altres països tenen les seves pròpies especificacions per al combustible jet, que són molt similars o idèntiques a les que emet ASTM o MOD. En els estats independents de la Commonwealth (CIS) i part de l'est europeu les especificacions del combustible jet adopten l'estàndard GOST.

Les principals especificacions són:

• ASTM D-1655: The Standard Specification for Aviation Turbine Fuels. Inclou les especificacions dels tres combustibles jet comercials: Jet A, Jet A-1 i Jet B.
• Defence Standard 91-91: United Kingdom Ministry of Defence manté aquesta especificació (formalment titulada DERD 2494) per al Jet A-1.
• CGSB-3.22: És una especificació del Canadà i cobreix el Jet B utilitzat en llocs del Canadà i Alaska.
• GOST 10227: especificació russa per al combustible tipus querosè lleuger, TS-1, usat a CIS i a part de l'est europeu.
• Joint Checklist: És la combinació dels requeriments més estrictes de ASTM D-1655 i DEF ESTAND 91-91 en un document: Aviation Fuel Quality Requirements for Jointly Operated System.
• IATA: International Air Transport Association publica el document Guidance Material for Aviation Turbine Fuels Specifications. Conté especificacions de quatre tipus de combustible per a turbines d'avió: Jet A; Jet A-1 i TS-1 i el tall ampli Jet B.

El Jet A compleix els requeriments d'ASTM, Jet A-1 amb els de Joint Checklist, TS-1 amb els de GOST de Rússia i Jet B amb els de CGSB del Canadà.

Funció del Jet A-1

La funció primària del combustible per a jet és subministrar potència a l'avió, i en són paràmetres clau el seu contingut energètic i la qualitat de combustió.

Altres propietats funcionals significatives són:

• Estabilitat
• Lubricitat
• Fluïdesa
• Volatilitat
• Condició de no-corrosivitat i neteja.

A més de proveir l'energia, el combustible és usat també com a fluid hidràulic en els sistemes de control del motor i com a refrigerant per a certs components del sistema de combustible.

Contingut energètic

La turbina genera potència mitjançant la conversió de l'energia química emmagatzemada en el combustible en una combinació d'energia mecànica i calor.

Aquesta propietat pot ser mesurada a partir de la calor de combustió, que és la calor alliberada quan es crema una fracció coneguda de combustible sota determinades condicions. El seu valor dependrà del tipus d'hidrocarburs que constitueixen el combustible i es pot preveure a partir de la densitat, ja que aquesta també és funció de la composició química del combustible.

El seu valor pot expressar-se en volum (energia per unitat de volum) o gravimètricament (energia per unitat de pes).

Generalment, un combustible jet menys dens té un contingut energètic gravimètric menor, mentre que un combustible jet més dens té un contingut energètic volumètric més alt.

Un combustible jet amb un alt contingut energètic volumètric augmenta l'energia que pot emmagatzemar-se als tancs de l'aeronau, i proveir així més autonomia de vol.

Característiques de combustió

En una turbina d'avió, durant els processos de combustió es formen prematurament petites partícules carbonoses. Aquestes partícules es continuen cremant a mesura que passen per la flama i es consumeixen totalment. Però aquestes partícules es tornen incandescents sota algunes condicions de pressió i temperatura dins de la secció de combustió de la turbina, i fa que les parets del lloc de combustió absorbeixin la radiació infraroja. Així augmenta la calor rebuda per la transferència de calor dels gasos de combustió, que poden generar ruptures prematures o fallades del motor.

Si aquestes partícules carbonoses no són completament consumides per la flama, poden impactar sobre els àleps de la turbina i sobre els estators i causar l'erosió dels materials. A més, les partícules carbonoses són les responsables del fum visible que poden emetre les turbines. La formació del fum està definida principalment pel disseny i les condicions d'operació del motor, encara que, per a un disseny determinat, la composició del combustible té importància en les emissions.

Estabilitat

Hi ha factors que poden deteriorar la qualitat del combustible jet: el temps (estabilitat a l'emmagatzematge) i l'exposició del jet a altes temperatures en el motor (estabilitat tèrmica).

La inestabilitat del combustible és causada per certes reaccions químiques que involucren l'oxidació d'alguns components, que romanen dissoltes al si del combustible i després poden atacar i escurçar la vida útil dels elastòmers del sistema d'alimentació.

També, com a conseqüència d'aquestes reaccions químiques, es poden generar gomes i partícules sòlides insolubles que poden obturar filtres de combustible, i fins i tot dipositar-se sobre conductes per on passa el combustible jet i reduir-ne el flux.

L'estabilitat tèrmica és una de les propietats més importants del combustible jet, perquè aquest és utilitzat també com a mitjà d'intercanvi de calor del motor i fuselatge. El motor pot evidenciar problemes causats per canvis en la propietat d'estabilitat tèrmica només a partir de cent o mil hores d'operació.

Per aquestes raons, el combustible jet és sotmès a assaigs sota condicions severes, amb l'objectiu d'analitzar efectes mesurables en un lapse de temps raonable.

Lubricitat

Les turbines d'avió estan dissenyades per treballar amb combustible jet dins d'un rang de viscositat en què el combustible jet proveeix una lubricació hidrodinàmica adequada.

Hi ha compostos químics inclosos que formen part de la composició del combustible jet, que tenen propietats lubricants. Aquests composts contenen nitrogen, sofre i oxigen.

Fluïdesa

Les propietats físiques com la viscositat i el punt de congelació s'usen per caracteritzar la fluïdesa del combustible jet.

Viscositat: el combustible jet s'injecta a alta pressió dins la cambra de combustió de la turbina a través dels injectors. Allà el combustible líquid es transforma en gotes molt petites com si fossin d'un esprai, que s'evaporen ràpidament en barrejar-se amb l'aire. La mida de cada gota està influïda per la viscositat del combustible. Si aquesta és molt alta, el motor pot tenir dificultats de reencesa durant el vol.

A més sotmet la bomba de combustible a un treball forçat, per mantenir una velocitat de flux de combustible constant.

Punt de congelació: el principi bàsic del combustible jet per al seu funcionament normal és el bombeig, que és l'habilitat que té el combustible jet per ser mogut des del tanc fins a la turbina, i que depèn de la seva fluïdesa i del disseny del sistema de combustible. El combustible jet generalment roman bombable de 4 °C a 15 ºC per sota del seu punt de congelació.

Volatilitat

És la tendència que té el combustible jet a vaporitzar, i la seva caracterització es determina mitjançant dues propietats físiques com la pressió de vapor i la corba de destil·lació.

La volatilitat és important, ja que el combustible jet s'ha de vaporitzar per ser cremat, però si aquesta és molt alta pot produir pèrdues per evaporació o vapor lock en el sistema de combustible.

Corrosió

El combustible no ha de corroir els materials amb què està en contacte durant la seva distribució i el seu ús. En aquest sentit, els fabricants de motors i equips involucrats en el sistema de combustible ho controlen molt estrictament, per assegurar la compatibilitat del combustible jet, abans d'aprovar els materials usats amb aquesta finalitat. El combustible jet conté compostos potencialment corrosius, com mercaptans i àcids orgànics, encara que limitats per les especificacions.

Neteja

Parlar d'un combustible net implica que és lliure de partícules sòlides i d'aigua.

Les partícules, com la brutícia, els òxids, etc., poden obstruir filtres i augmentar el desgast en la bomba de combustible.

L'aigua, a més de no cremar, es congela a elevades altituds amb la consegüent formació de gel i el risc de bloquejar el sistema de flux del combustible. A més pot facilitar la corrosió d'alguns metalls i permetre el desenvolupament microbià. Hi ha altres productes que poden afectar la puresa del combustible, com els surfactants, mescles, anilines, microbis, etc.

Propietats de seguretat

El combustible jet pot ser perillós si no se'l manipula adequadament, ja que la seva ignició és molt fàcil i crema ràpidament. Hi ha dues propietats que permeten determinar les característiques del combustible jet i que estan relacionades amb la seva manipulació.

Punt d'inflamació: és una indicació del risc al foc, associat al combustible, i mesura la tendència del producte a formar una mescla inflamable amb l'aire sota condicions controlades.

Aquest paràmetre és usat en les regulacions de seguretat i transport per classificar els materials en inflamables i combustibles, i definir, a partir d'això, les precaucions que s'han de considerar durant la seva distribució i emmagatzematge.

Conductivitat elèctrica: quan el combustible jet es mou per conductes, bombes, vàlvules o filtres fins es generen càrregues elèctriques estàtiques. La velocitat a la qual aquestes càrregues es dissipen és proporcional a la capacitat conductora d'electricitat del líquid.

Quan les càrregues acumulades en el combustible superen el potencial d'ionització de l'aire que es troba sobre el líquid, aquestes poden descarregar-se i generar una espurna. L'energia continguda a l'espurna pot generar una explosió si el líquid és inflamable i la composició del vapor i l'aire es troba en el rang d'inflamabilitat.

Per prevenir l'acumulació de càrregues es fa servir un additiu dissipador estàtic.