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Manual del Instructor

Módulo

3 Características Físicas y

Químicas del Etanol y Combustibles de Hidrocarburos

Objetivo del módulo

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.

Nota al Instructor:

Tiempo del Módulo: 40 minutos / 55 minutos Materiales:

Actividad 3.1 y 3.2 o Hojas de Trabajo 3.1 y 3.2

Video de Consideraciones de Respuesta a Emergencias – (Mostrar el segmento de 4:32 a 6:47)

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Introducción

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.

Características de la Gasolina

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 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

Nota al Instructor:

Mostrar el Video de Consideraciones de Respuesta a Emergencias (segmento de 4:32 a 6:47)

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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.

Características del Etanol 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.

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Características del Combustible de Etanol Desnaturalizado

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 Propiedades Químicas

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.

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Consideraciones para los Incendios con Etanol

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

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.

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Actividad 3.1: Comparación de Gasolina y Etanol Propósito:

Permitir a los participantes tiempo para discutir las diferencias y similitudes en las propiedades

químicas y físicas del etanol y la gasolina.

Nota al Instructor:

Tiempo: 15 minutos Materiales: Hoja de Trabajo 3.1

Directivas al Instructor:

1. Pida a los participantes que tomen unos minutos para revisar la información previa y llenar la Hoja de Trabajo 3.1.

2. En la guía del participante, dejar en blanco el gráfico. Las respuestas están sólo en el Manual del Instructor.

3. 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? o 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?

o 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.

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Directivas para los Participantes

1. Repase la información del Módulo 3.

2. Llene la Hoja de Trabajo 3.1.

Hoja de Trabajo 3.1: Gasolina — Combustible de Etanol Desnaturalizado

Propiedad Gasolina Combustible de Etanol

Desnaturalizado

Punto de Inflamación - 45°F - 5°F

Temp. de Auto Ignición 530 – 853°F 709°F

Gravedad Específica 0.72 – 0.76 0.79

Densidad de Vapor 3 - 4 1.5

Presión de Vapor 8 - 15psi ~3psi

Punto de Ebullición 100 – 400°F 165 – 175°F

Rango de Inflamabilidad 1.4% - 7.6% 3% - 19%

Características del humo Negro Leve

Solubilidad Trazas Alto

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Características de los combustibles mezclados con Etanol

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.

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.

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

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)

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Actividad 3.2: Definiciones

Propósito

Permitir a los participantes identificar las definiciones relacionadas con el etanol y los

combustibles mezclados con etanol.

Directiva para los participantes

1. Lista de definiciones provista.

2. Escriba una definición aproximada en cada espacio provisto.

3. Ud. tendrá aproximadamente 5-10 minutos para completar esta actividad.

Nota al Instructor:

Tiempo: 15 minutos Materiales: Planilla 3.2

Directivas para el Instructor:

1. 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.

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.

3. 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.

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Hoja de Trabajo 3.2: Definiciones

Solvente Polar Temperatura de Auto-ignición

Etanol Punto de Inflamción

Toxicidad Densidad de Vapor

Gravedad Específica Líquido Inflamable

Hidrocarburo Punto de Ebullición

Rango de Inflamabilidad (Límite Superior de

Explosividad [UEL]– Límite Inferior de

Explosividad [LEL])

Presión de Vapor

1. 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.

2. 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.

3. Hidrocarburo: compuesto de carbono e hidrógeno y comúnmente obtenido a través de la

refinación del petróleo crudo.

4. 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.

5. 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.

6. Gravedad específica: Relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua.

7. Presión de vapor: La presión ejercida por un vapor que está en equilibrio con su forma sólida

o líquida.

8. Densidad de vapor: Peso relativo de un gas o vapor en comparación con el aire.

9. 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.

10. 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

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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.

11. Toxicidad: El grado en que una sustancia puede dañar a seres humanos o animales si se

absorbe, inhala, inyecta o ingiere.

12. Líquido inflamable: Cualquier líquido con un punto de inflamación inferior a 100 ° F;

Denominados líquidos Clase I; Ejemplos son gasolina y etanol.

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Resumen

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)

Nota al Instructor:

Pregunte a los participantes

¿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?

o 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.