Módulo 3: Características Físicas y Químicas del Etanol y los Combustibles de Hidrocarburos Tiempo del Módulo: 40 minutos / 55 minutos   Materiales: Actividad 3.1 y 3.2 Hojas de Trabajo 3.1 y 3.2 Video de Consideraciones de Respuesta a Emergencias – (Mostrar el segmento de 4:32 a 6:47)

Objetivo Al completar este módulo, los participantes serán capaces de describir las diferencias químicas y físicas entre la gasolina, el etanol y los combustibles mezclados con etanol. Objetivos de Evaluación 1. Comparar la química de la gasolina, el etanol y los combustibles mezclados con etanol. 2. Describir las características de los combustibles mezclados con etanol.

Introducción Características de la gasolina Características del etanol Condiciones bajo las cuales los combustibles mezclados con etanol retendrán características químicas diferentes de un combustible de hidrocarburo total Mostrar el Video de Consideraciones de Respuesta a Emergencias (segmento de 4:32 a 6:47) Para comprender la naturaleza de los combustibles mezclados con etanol, los socorristas necesitarán comprender las características de los solventes e hidrocarburos polares, sus diferencias y cómo interactúan estos tipos de productos. El etanol se clasifica como un solvente polar. Un disolvente polar es un compuesto con una separación de carga en los enlaces químicos tal como alcohol, la mayoría de los ácidos, o el amoníaco. Éstos tienen afinidad con el agua y se disolverán fácilmente. Bajo ciertas condiciones, los combustibles mezclados con etanol mantienen ciertas características como combustible del tipo gasolina, y bajo otras condiciones exhibirán características de tipo disolvente polar. Entender estas condiciones ayudará a los socorristas a mitigar los diversos incidentes de acuerdo con las condiciones encontradas.

Característica de la Gasolina Insoluble en agua Producido a partir de petróleo crudo Efectos perjudiciales después de exposición prolongada y de alto nivel El humo de la gasolina encendida es negro y tiene componentes tóxicos El peligro significativo es la inflamabilidad: Rango bastante estrecho de inflamabilidad 1.4% - 7.6% volumen en aire Los combustibles de hidrocarburos (gasolina, gasóleo, queroseno, combustible para reactores, etc.) generalmente tienen características similares, ya sean líquidos inflamables o líquidos combustibles. En este programa identificaremos específicamente las características de la gasolina en lo que respecta a las mezclas de etanol y gasolina. La gasolina es un hidrocarburo producido a partir del petróleo crudo. Es inmiscible con el agua, y no se mezcla con agua en ninguna concentración. Tiene un punto de inflamación de aproximadamente -45 ° F, variando con el índice de octanaje. La gasolina cambia estacionalmente y se mezcla específicamente para cada región del país. Un punto importante a tener en cuenta es que incluso en invierno, se encenderá. La gasolina tiene una densidad de vapor entre 3 y 4. Por lo tanto, como con todos los productos con una densidad de vapor superior a 1,0, los vapores de gasolina buscarán niveles bajos o permanecerán cerca del nivel del suelo. La gasolina tiene una gravedad específica de 0,72-0,76 lo que indica que flotará sobre el agua puesto que es inmiscible o insoluble. Su temperatura de auto-ignición es mayor que 530 ° F. La gasolina varía en su composición. Es una mezcla de muchos hidrocarburos típicamente con un punto de ebullición entre 100 ° F y 400 ° F pero algunas porciones, hervirán a menos que la temperatura ambiente. La gasolina no se considera un veneno, pero tiene efectos nocivos después de una exposición a largo plazo y de alto nivel que puede conducir a insuficiencia respiratoria. El humo de la gasolina ardiente es negro y tiene componentes tóxicos. Los componentes tóxicos que se encuentran en la gasolina son el benceno, el tolueno, el xileno, el heptano, el hexano, etc. El mayor peligro de la gasolina es su inflamabilidad, aunque tiene un rango de inflamabilidad bastante estrecho (LEL es de 1,4% y UEL de 7,6%).

Producción de la Gasolina La gasolina se produce a partir del petróleo crudo. El aceite crudo varía mucho en color y viscosidad de un pozo de petróleo a otro pozo de petróleo; Dependiendo en gran medida de la región geográfica donde se originó el crudo. El petróleo crudo se transporta a través de una tubería, barco de carga/ barcaza, vagón cisterna y camión cisterna de carga, a una refinería de petróleo donde se transforma en productos refinados como la gasolina. Una refinería de petróleo utiliza técnicas de ingeniería como la destilación fraccionada y la alquilación para producir gasolina. Al igual que el petróleo crudo, la gasolina también se transporta a través de la tubería, buque de carga / barcaza, vagón cisterna y camión cisterna de carga, hasta que finalmente llega a las estaciones de abastecimiento al por menor y los consumidores. David Parsons/NREL

Característas del Etanol Fuente de combustible renovable producida por procesos de fermentación y destilación La materia prima más común en EE.UU. es el maíz El etanol utilizado con los combustibles para motores debe desnaturalizarse con 2% a 5% de gasolina natural o hidrocarburos similares antes del transporte a las instalaciones de almacenamiento a granel El desnaturalizante tiene efectos mínimos sobre las características, excepto por el punto de inflamación La adición de desnaturalizante reduce el punto de inflamación El etanol es una fuente de combustible renovable que se produce mediante un proceso de fermentación y destilación de almidón que contiene productos como el maíz y el sorgo en los EE.UU. En Brasil, la principal materia prima para la producción de etanol es la caña de azúcar. Nuevas materias primas están siendo desarrolladas para productos de etanol tales como mazorcas de maíz, hojarasca de maíz, pastizales y otros productos naturales que serán conducentes al proceso de fermentación / destilación. Una biorefinería de etanol utiliza técnicas de ingeniería, similares a la producción de gasolina, tales como la destilación y la deshidratación para producir etanol grado combustible. El etanol para uso en mezclas de combustible de motor se desnaturalizará generalmente con 2-5% de gasolina o un hidrocarburo similar. El desnaturalizante tiene efectos mínimos sobre las características generales del etanol, excepto el punto de inflamación; La adición del desnaturalizante deprime adicionalmente el punto de inflamación. Este programa de capacitación se centra en el etanol de combustible desnaturalizado.

Producción de Etanol En la molienda en seco, toda la semilla de maíz u otro grano almidonado se tritura primero en harina, que se denomina en la industria "harina" y se procesa sin separar las diversas partes componentes del grano. Forman un "puré". Las enzimas se añaden al puré para convertir el almidón en dextrosa, un azúcar simple, se añade amoniaco para el control del pH y como nutriente para la levadura. La masa se procesa en una cocina de alta temperatura para reducir las bacterias Antes de la fermentación. La masa se enfría y se transfiere a los fermentadores donde se añade la levadura y la conversión de azúcar a etanol y dióxido de carbono (CO2) comienza. El proceso de fermentación generalmente toma alrededor de 40 a 50 horas. En esta parte del proceso, Después de la fermentación, la "cerveza" resultante se transfiere a las columnas de destilación, donde el etanol se separa del resto de la "almazara". El etanol se concentra a 190ºC (95% Etanol) usando destilación convencional y luego se deshidrata a aproximadamente 200 \ mu l de prueba (etanol al 100%) en un sistema de tamiz molecular. El etanol anhidro se mezcla a continuación con aproximadamente un 2 - 5% de desnaturalizante (tal como gasolina natural) para hacerla no potable y, por tanto, no está sujeta al impuesto sobre el alcohol en bebidas. A continuación, está listo para su envío a terminales de gasolina o minoristas. La almazara se envía a través de una centrífuga que separa el grano grueso de los solubles. Los solubles se concentran luego hasta aproximadamente 30% de sólidos por evaporación, dando como resultado Destilados Condensados Solubles (CDS) o "jarabe". El grano grueso y el jarabe se secan entonces juntos para producir granos secos destilados con solubles (DDGS), una alimentación de ganado nutritiva de alta calidad. El CO2 liberado durante la fermentación es capturado y vendido para su uso en carbonatación de refrescos y bebidas y la fabricación de hielo seco. 7

Características del Combustible de Etanol Desnaturalizado Solvente polar Miscible en agua El mayor riesgo como componente del combustible de motor es su inflamabilidad Tiene un rango de inflamabilidad mayor que la gasolina: 3% - 19% volumen en aire El combustible de etanol desnaturalizado es un disolvente polar, que es soluble en agua. Un disolvente polar es un compuesto con una separación de carga en los enlaces químicos, tal como alcohol, la mayoría de los ácidos, o el amoníaco. Éstos tienen afinidad con el agua y se disolverán fácilmente. El etanol de combustible desnaturalizado tiene un punto de inflamación de -5 ° F y una densidad de vapor de 1,5, lo que indica que es más pesado que el aire. En consecuencia, los vapores de etanol no suben, similar a los vapores de la gasolina que buscan altitudes más bajas. La gravedad específica del etanol de combustible desnaturalizado es 0,79, lo que indica que es más ligera que el agua y tiene una temperatura de autoignición de 709 ° F y un punto de ebullición de 165-175 ° F. Al igual que la gasolina, el combustible más desnaturalizado, el mayor peligro del etanol como componente de combustible del motor es su inflamabilidad. Tiene un rango inflamable más amplio que la gasolina (LEL es 3% y UEL es 19%).

Comparación de las Propiedades A partir de la tabla, hay algunas propiedades muy similares de la gasolina frente al combustible de etanol desnaturalizado. Es importante destacar que también hay propiedades inherentes muy diferentes. Es importante notar que la gasolina es una mezcla compleja de más de 500 compuestos que pueden tener entre cinco y 12 átomos de carbono. El combustible de etanol desnaturalizado es un alcohol de dos carbonos, también denominado alcohol etílico, que tiene un 2-5% de un desnaturalizante añadido para hacer que el producto sea no potable. Tanto la gasolina como el etanol son productos muy inflamables; Gasolina tiene un punto de inflamación más bajo de -45 ° F comparado con -5 ° F para el etanol. Las densidades de gasolina y el combustible de etanol desnaturalizado son similares; Ambos combustibles son más ligeros que el agua que tiene una densidad de 1,0. La gasolina tiene un rango de punto de ebullición muy amplio que indica que los componentes hierven en un amplio rango de temperatura. El etanol por otro lado tiene un rango de punto de ebullición muy estrecho. El etanol tiene una presión de vapor más baja que la gasolina: 3psi vs. 8-15psi para la gasolina. Tenga en cuenta las diferencias en los rangos de inflamabilidad de estos dos productos. También es importante entender la gran diferencia entre la solubilidad en agua del etanol frente a la gasolina.

Consideraciones para los Incendios con Etanol En su estado natural la llama y el humo no son visibles En su estado desnaturalizado, la llama es de color naranja, y tiene poco humo Se requieren grandes cantidades de agua para diluir el etanol hasta un punto que no Soporte la combustión Continua la combustión en cinco partes de agua con una parte de etanol (5:1 / Dilución 500%) La llama y el humo de los fuegos de etanol no desnaturalizados / limpios no son visibles fácilmente. El etanol no desnaturalizado/puro no produce humo visible y tiene una llama azul difícil de ver. En una forma desnaturalizada hay poco humo con una ligeramente visible llama naranja. La diferencia más notable entre el etanol y la gasolina, es que el etanol se mezcla fácilmente con el agua. Si bien es posible diluir el etanol a una condición en la que ya no es posible la combustión, esto no es práctico en el campo ya que requiere cantidades abundantes de agua. Incluso en cinco partes de agua a una parte de etanol (relación 5:1 / dilución del 500%), todavía se quemará.

Llamas invisibles - Etanol Imagen Térmica Debido a que los incendios que implican un alto porcentaje de etanol pueden quemarse con poca o ninguna generación de humo y llama visible, es muy recomendable el uso de una cámara de imagen térmica. Esta imagen es de un fuego de etanol como se ve a través de una cámara de imagen térmica. Tenga cuidado al acercarse a un incendio de etanol como el fuego real tal vez mucho más grande que la llama visible.

Actividad 3.1: Comparación de Gasolina y Etanol Propóstio: Permitir a los participantes tiempo para discutir las diferencias y similitudes en las propiedades químicas y físicas del etanol y la gasolina. Tiempo: 15 minutos Materiales: Hoja de Trabajo 3.1 Directivas al Instructor: Pida a los participantes que tomen unos minutos para revisar la información previa y llenar la Hoja de Trabajo 3.1. En la guía del participante, dejar en blanco el gráfico. Las respuestas están sólo en el Manual del Instructor. Sobre la base de esta información, conduzca la discusión en la que usted pida a los participantes que predigan cómo las diferencias en los combustibles, en particular cuando se combinan, pueden conducir a resultados diferentes durante las emergencias haciendo las siguientes preguntas: Cuando se comparan la gasolina y el etanol, ¿Qué producto es inflamable? Respuesta: Ambos, la gasolina y el etanol son inflamables. Aunque la gasolina y el etanol tienen gravedades específicas similares, ¿cómo esperaría que la mezcla mezclada reaccionara si se liberara en una fuente de agua como un arroyo o un estanque? Respuesta: La gravedad específica indica que el etanol puede flotar sobre el agua, sin embargo, el etanol es miscible con el agua por lo que se mezcla fácilmente con cualquier cuerpo de agua y viajar con la corriente. La parte de la gasolina flotará en la tapa y no se mezclará con el agua.

Características de los combustibles mezclados con Etanol El etanol y la gasolina son miscibles, creando una mezcla de combustible homogénea La contaminación del agua de mezclas de combustible de etanol y gasolina puede causar separación de fases: La separación de fases introducirá una capa de agua en el fondo que consta de agua y etanol La gasolina permanecerá en la capa superior La mezcla de etanol con gasolina tiene múltiples efectos. Cuanto mayor sea la concentración de etanol, el combustible tendrá las características más del tipo de disolvente polar con los efectos correspondientes en la realización de operaciones de extinción de incendios. La introducción de agua en mezclas de etanol y gasolina tiene un efecto dramático. Sin agua, las mezclas de etanol y gasolina son homogéneas. El etanol tiene una afinidad por el agua. Por ejemplo, no es necesario añadir ningún anticongelante a una mezcla de gasolina / etano, ya que el etanol absorberá trazas de agua y lo tirará a través del sistema de combustible del vehículo. En el caso de usar agua para extinguir un incendio durante la respuesta de emergencia, el agua puede extraer el etanol de la mezcla dando como resultado una capa separada compuesta de agua, etanol y algún contenido de hidrocarburo. La gasolina permanecerá en la capa superior. Este es el resultado del etanol que tiene más carácter polar que carácter no polar.

Características de los combustibles mezclados con Etanol La contaminación del agua de mezclas de combustible de etanol y gasolina puede causar separación de fases: Gasolina flotando en una capa de solución de etanol / agua Solución resultante de etanol / agua aún inflamable La separación de fases puede ocurrir en sistemas de almacenamiento de combustible donde el agua está presente o entrar en el sistema lo cual es una ocurrencia rara.

Características de los combustibles mezclados con Etanol Combinar estos combustibles altera las características físicas y químicas de los combustibles originales: Características visuales distintas del humo y las llamas: A mayor concentración de etanol, menor contenido de humo negro y menor produccion de llama naranja Al mezclar etanol y gasolina se produce una mezcla con características físicas únicas. Una de las diferencias notables en el combustible mezclado versus gasolina no mezclada es la diferencia visual de las características de humo y llama. Cuanto mayor sea el contenido de etanol, menos visible será el contenido de humo negro y la producción de llama naranja. Estas características pueden estar enmascaradas por otros sustratos que también pueden quemarse, como neumáticos de vehículos.

Consideraciones para los Incendios de Combustibles Mezclados con Etanol La mejor práctica es que los respondedores de emergencia tengan espuma AR, AR-AFFF Cuando se produce la separación de fases de etanol y gasolina: La fase de gasolina que flota en la parte superior se quemará primero La fase de agua/etanol se quemará luego y las llamas y el humo pueden disminuir Fuente: (EERC, 2007) El video Respondiendo a Incidentes con Etanol se muestra que la ruta más eficaz para mantener bajo control el fuego de etanol es el uso de espumas formadoras de film acuoso resistente a alcoholes (AR-AFFF). Como el etanol es un disolvente polar, esta espuma contiene un polímero especial que crea una barrera entre la espuma y el combustible que forma una manta cohesiva para extinguir el fuego. Esta manta de espuma no sólo ayuda a controlar el fuego, sino que también evitará que otros derrames de la captura, evita cualquier re-ignición y puede proporcionar seguridad después del fuego. Debido a que la espuma AR es universalmente adecuada para su uso tanto en fuegos mezclados con etanol como no mezclados con etanol, la mejor práctica es que los respondedores de emergencia tengan espuma AR disponible para estos incidentes. Otra diferencia notable de los combustibles mezclados con etanol en condiciones de fuego es que cuando la espuma o el agua han fluído sobre el producto en combustión, la gasolina tenderá a quemarse primero, eventualmente dejando la solución menos volátil de etanol / agua que puede haber reducido la llama visible o el humo. Fuente: (EERC, 2007)

Actividad 3.2: Definiciones Propósito: Permitir a los participantes identificar las definiciones relacionadas con el etanol y los combustibles mezclados con etanol. Tiempo: 15 minutos Materiales: Planilla 3.2 Directivas para el Instructor: Diga a los participantes que se ha dado la definición de etanol. Pídales que tomen cinco minutos y vean si pueden completar los términos para cada una de las definiciones proporcionadas en la Hoja de Trabajo 3.2. Dar a los participantes 5-10 minutos para escribir los términos para cada una de las definiciones a continuación. Señale qué # 1 se ha completado para ellos. Después de finalizar el tiempo, llame a los participantes para proporcionar una respuesta para cada definición. Asegúrese de que todos entiendan cada definición antes de pasar a la siguiente.

Hoja de Trabajo 3.2: Definiciones Etanol Solvente Polar Hidrocarburo Punto de Inflamación Temperatura de Auto-ignition Gravedad específica Presión de Vapor Densidad de Vapor Punto de Ebullición Rango de Inflamabilidad Límite Superior de Explosividad [UEL] Límite Inferior de Explosividad [LEL] Toxicidad Líquido Inflamable Etanol: Es un solvente claro, incoloro, inflamable; También conocido como alcohol etílico, alcohol del grano, o alcohol puro (anhidro). A diferencia de otros alcoholes de peso molecular similar, el etanol se considera un alcohol de consumo. El etanol que se encuentra en los combustibles de transporte ha sido desnaturalizado, generalmente por la adición de 2-5% de gasolina (combustible de etanol desnaturalizado), haciéndolo no apto para beber y evitando así el impuesto federal sobre licores.   Solvente Polar: Es un compuesto con una separación de carga en los enlaces químicos, como el alcohol, la mayoría de los ácidos, o el amoníaco. Estos tienen afinidad con el agua y se disuelven fácilmente. Hidrocarburo: compuesto de carbono e hidrógeno y comúnmente obtenido a través de la refinación del petróleo crudo. Punto de inflamación (El punto de inflamación de la gasolina es -45 ° F, el punto de inflamación del etanol es -5 ° F): La temperatura mínima a la cual un líquido emite vapor en concentraciones suficientes para permitir que la sustancia se encienda. La temperatura más baja a la cual un líquido inflamable puede formar una mezcla inflamable en el aire cerca de la superficie del líquido. Temperatura de autoignición: La temperatura mínima requerida para encender un gas o vapor para que se queme espontáneamente en el aire sin que exista una chispa o llama. Gravedad específica: Relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua. Presión de vapor: La presión ejercida por un vapor que está en equilibrio con su forma sólida o líquida. Densidad de vapor: Peso relativo de un gas o vapor en comparación con el aire. Punto de ebullición: La temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión ambiental que rodea al líquido. Rango de inflamabilidad (límite superior de explosividad [UEL] - Límite inferior de explosividad [LEL]): Rango de concentración de un gas o vapor en el que puede producirse un incendio si se introduce una fuente de ignición; Incluye un límite superior y un límite inferior entre los que se encuentra el peligro de incendio. Toxicidad: El grado en que una sustancia puede dañar a seres humanos o animales si se absorbe, inhala, inyecta o ingiere. Líquido inflamable: Cualquier líquido con un punto de inflamación inferior a 100 ° F; Denominados líquidos Clase I; Ejemplos son gasolina y etanol.

Resumen El etanol es un solvente polar que es miscible con el agua y es inflamable A mayor concentración de etanol, menor contenido de humo negro y menor produccion de llama naranja La mejor práctica es que los respondedores de emergencia tengan espuma AR-AFFF Fuente: (EERC, 2007) Nota al Instructor ¿Le sorprende alguna de las diferencias entre la gasolina y el etanol? ¿Qué diferencias van a ser de mayor preocupación para los que responden a las emergencias? Las mezclas mixtas de combustible presentan situaciones interesantes para los respondedores a emergencia. El agua es un agente de extinción de incendios fácilmente disponible, y hemos discutido cómo las mezclas de combustible reaccionan con el agua. ¿Qué otros peligros están asociados con el etanol y las mezclas de etanol, y qué se puede hacer para minimizar estos peligros? Answers: Peligros de inflamabilidad, respiratorios y de contacto. También el tema de la conductividad que exige que los trasvases tengan puesta a tierra. El uso adecuado de equipo de protección como protección ocular, equipo respiratorio autónomo (SCBA), ropa resistente al fuego y guantes apropiados. El etanol es un solvente polar que es miscible con el agua y es inflamable. Saber que el etanol es el último combustible que se quema y que puede quemarse con poco humo o llama visible es importante para determinar un enfoque a tomar en el trato con los incidentes relacionados con el etanol. La vía más eficaz para mantener un incendio de etanol bajo control es el uso de espuma resistente al alcohol, más comúnmente conocido como AR-AFFF. Debido a que la espuma AR es universalmente adecuada para su uso tanto en fuegos mezclados con etanol como no mezclados con etanol, la mejor práctica es que los respondedores de emergencia tengan espuma AR disponible para estos incidentes. Fuente: (EERC, 2007)