UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA CÁLCULO IV PROYECTO DE FIN DE CICLO TEMA: “USO DEL POLIACRILATO DE SODIO COMO CORTAFUEGOS EN INCENDIOS FORESTALES” AUTORES: BAZURTO VERA KAROL ANDREA CEVALLOS CEDEÑO MARÍA INÉS MENDOZA ZAMBRANO FREDY STEEVEN MENDOZA VÉLEZ HENRY JHAIR SUAREZ PAREDES JORDANA ELIZABETH OSTAÍZA ÁVILA EMMA GABRIELA VILCACUNDO ALCÍVAR ANLLY MILY DOCENTE: ING. IVAN CISNEROS P. CURSO: SEXTO “I” ABRIL 2017-SEPTIEMBRE 2017 TEMA: USO DEL POLIACRILATO DE SODIO COMO CORTAFUEGOS EN INCENDIOS FORESTALES 2 ÍNDICE 1. ANTECEDENTES .............................................................................................................. 4 2. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 5 2.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................................. 5 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 5 3. INTRODUCCIÓN................................................................................................................... 6 4. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 7 5. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 8 5.1. POLIACRILATO DE SODIO ........................................................................................ 8 5.2. PROPIEDADES DEL POLIACRILATO DE SODIO ................................................. 8 5.2.1. MONÓMEROS ......................................................................................................... 8 5.2.2. GEL POLIMÉRICO ................................................................................................. 8 5.2.3. MECANISMO ........................................................................................................... 8 5.2.4. IONES CARGADOS................................................................................................. 8 5.2.5. TOXICIDAD DEL POLIACRILATO DE SODIO ................................................ 9 5.3. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE AGUA ............................................................... 10 5.4. OBTENCIÓN DEL POLIACRILATO DE SODIO.................................................... 11 5.5. APLICACIONES DEL POLIACRILATO DE SODIO ............................................. 11 5.6. INCENDIO FORESTAL ............................................................................................... 12 5.7. ¿POR QUÉ SE PRODUCEN LOS INCENDIOS FORESTALES? .......................... 12 6. METODOLOGÍA ............................................................................................................. 14 7. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS .............................................. 15 8. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 18 9. RECOMENDACIONES ................................................................................................... 19 10. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 20 11. ANEXOS ............................................................................................................................ 21 3 1. ANTECEDENTES 4 2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL Realizar un estudio sobre el uso del poliacrilato de sodio como material cortafuegos en incendios forestales. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Medir la relación poliacrilato de sodio agua (p/p) en condiciones estables y en la nieve artificial. Establecer la selectividad en la permeabilidad de líquidos y sólidos en la absorción del material Ejecutar la respectiva práctica en el laboratorio 5 3. INTRODUCCIÓN Los incendios forestales en la actualidad son de mucha preocupación ya que se destruyen cada año millones de hectáreas de los bosques existiendo también pérdida de suelos fértiles alrededor del mundo, algunos causados por la naturaleza y otros por descuidos del ser humano; por ende en esta presente investigación se pretende estudiar al poliacrilato de sodio como cortafuegos en incendios forestales. Cortafuego es un término amplio, de uso general, hay varios tipos de cortafuego, que son los naturales, artificiales o creados específicamente para impedir la propagación del fuego, pero todos tienen algo en común que carecen de combustible o, en algunos casos, el combustible no está en condiciones de arder. (Gardey, 2014) El poliacrilato de sodio es un polímero formado por monómeros, este puede aumentar su volumen hasta mil veces si se agrega agua destilada; debido a sus cualidades es utilizado en pañales, toallas higiénicas o procesos químicos que requieran la absorción de agua, y también tiene la singular característica de parecerse a la nieve; si rompemos un pañal observaremos que hay gran cantidad de algodón, si tocamos el algodón observaremos unos pequeños sólidos en el interior, se trata del poliacrilato sódico, que es fácilmente separable del algodón por densidad. (Quimica Explicada, 2010) Entonces estudiando las propiedades del poliacrilato de sodio y sus usos se puede encontrar la solución al problema de los incendios forestales, sin la necesidad de deforestar el área seleccionada como lo hacen los bomberos durante el incendio. 6 4. JUSTIFICACIÓN Es importante el estudio del polímero poliacrilato de sodio un material con gran capacidad de absorción, el cual puede ser una opción de gran beneficio para la naturaleza, por ende para la humanidad, como material cortafuegos en incendios forestales, evitando de esta forma la expansión de deforestación y pérdidas de suelo. Realizándose esta investigación debido a la contaminación global que está siendo aumentada cada vez más por los seres humanos. Para desarrollar este proyecto se contará con los recursos humanos, como la colaboración y participación de cada integrante del equipo responsable y docente, como también los recursos económicos que darán solución en los gastos generados por las actividades inherentes a la investigación. En el presente trabajo se empleará la técnica de la investigación: bibliográfica y la observación de equipo que permitirá realizar un análisis del contenido que formará parte de la teoría que estará en el marco teórico y la consecución de los objetivos propuestos en esta investigación. 7 5. MARCO TEÓRICO 5.1. POLIACRILATO DE SODIO El poliacrilato de sodio es un polímero formado por monómeros de acrilato de sodio. Es conocido como un polímero súper absorbente ya que es capaz de absorber grandes cantidades de agua, prueba de ello es que puede aumentar su volumen hasta mil veces al entrar en contacto con agua destilada ( QuimiNet, 2011). 5.2. PROPIEDADES DEL POLIACRILATO DE SODIO 5.2.1. MONÓMEROS El compuesto químico poliacrilato de sodio está compuesto por cadenas de unidades estructurales las cuales se repiten llamadas monómeros. 5.2.2. GEL POLIMÉRICO El poliacrilato de sodio cristaliza como un polvo blanco, este puede llegar a absorber tanta agua como 200 o 300 veces su tamaño seco y se hincha para formar un gel polimérico. 5.2.3. MECANISMO El polímero poliacrilato de sodio puede retener grandes cantidades de agua debido a la presión osmótica, esto quiere decir, el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable; la presión osmótica inducida por la alta concentración de agua fuera de una molécula de poliacrilato de sodio atrae al agua hacia el centro de la misma, este continúa absorbiendo el agua hasta que se iguala la presión de la misma entre el interior y el exterior de la molécula. 5.2.4. IONES CARGADOS El poliacrilato de sodio se caracteriza por su carga aniónica, es la variedad de polímeros acrílicos más usada en la industria. (Flint, 20014) 8 5.2.5. TOXICIDAD DEL POLIACRILATO DE SODIO Según la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de los Estados Unidos, el poliacrilato de sodio, (utilizado en los pañales de bebé) no es un material que pueda causar ningún daño al bebé o al adulto. En la ficha de indicaciones se ve que la inhalación de algunas partículas si puede causar irritación de las vías respiratorias, pero no es considerado de por sí tóxico. Con el contacto de la piel no es tóxico, ya que al tratarse de un polímero (grandes cadenas unidas de monómeros), es difícil que pueda ser absorbido por la piel. El Poliacrilato de Sodio, no es un compuesto químico muy conocido, sin embargo tiene unas características muy peculiares. Su principal característica es la de absorción de agua. Además de la retención de líquidos, el Poliacrilato de Sodio es un compuesto muy extendido para hacer nieve artificial. Comparte esta función con uno de los productos más utilizados en el hogar como es el Bicarbonato de Sodio. Además podemos encontrar algunos productos con usos para el hogar de lo más útiles. En general es normal el uso de productos en el hogar, especialmente por ejemplo para el cuidado de las plantas y del jardín, los productos utilizados en el abono para plantas, multitud de productos químicos. También útiles en el hogar estarían también el ácido oxálico, con el que el óxido no tendrá más misterio y el ácido bórico, que será tu gran aliado en la lucha contra las cucarachas e insectos. Por otro lado si tienes una piscina, y necesitas un floculante para tu piscina, sobre todo cuando empieza la época estival, seguro que vas a necesitar sulfato de aluminio. Los productos químicos son sustancias que para el jardín, piscina, mantenimiento son indispensables. Número de CAS: 9003-04-7 Número CE: poli(2-propenoato) de sodio 9 Fórmula Hill: (C3H3NaO2)n Masa Molar: Variable Densidad: 1.22 g/cm3 5.3. CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE AGUA La capacidad de absorber agua del Poliacrilato de Sodio se debe a que en su estructura existen grupos de carboxilatos de sodio, que al entrar en contacto con el agua desprenden el agua y dejan libres los iones negativos de carboxilo. Estos iones se repelen, y vuelven a ser sólo estables al absorber moléculas de agua. Al añadir polvo a las moléculas de agua, puede verse cómo el agua va siendo absorbida por cada granito de poliacrilato. Las moléculas de agua se unen a los iones carboxilato del poliacrilato de sodio a través de enlaces puente de hidrógeno. Muchos metales solubles también tienen tendencia al intercambio iónico con el sodio a lo largo de la cadena principal del polímero y son retenidos. Motivo por el cual los poliacrilatos pueden ser utilizados como agentes secuestrantes en agua dura (CHIRINOS, 2016). Para volver a estabilizar el compuesto los iones tienen que captar las moléculas de agua. Este proceso se llama ósmosis. Para que el poliacrilato de sodio aumente su tamaño es necesario que entre en contacto con agua, como ya se explicó. Sin embargo, aumentará más su tamaño si el agua que se le agrega es agua destilada que no contiene iones. Cuando se le agrega agua que no es destilada aumenta su tamaño, pero en menor proporción ( QuimiNet, 2011). 10 5.4. OBTENCIÓN DEL POLIACRILATO DE SODIO. El poliacrilato de sodio es un polímero formado por monómeros 𝐶𝐻2 𝐶𝐻(𝐶𝑂2 𝑁𝑎) inventado por Robert Niles Bashaw, Bobby Leroy Atkins y Billy Gene Harper en el Basic Research Laboratory de la Dow Chemical Company. Es la sal del ácido poliacrílico, que se obtendría teóricamente de la neutralización del ácido con NaOH. (Lima, 2015) 5.5. APLICACIONES DEL POLIACRILATO DE SODIO Entre las aplicaciones más comunes del poliacrilato de sodio se encuentran: - Pañales absorbentes - Toallas sanitarias - Limpieza de residuos médicos de los hospitales - Eliminación de agua en algunos combustibles como los utilizados en aviación - Absorción de agua en fugas - Aislamiento de centrales eléctricas y cables ópticos que pudieran entrar en contacto con agua - Diversos procesos químicos que requieren que se absorba agua - Producción de nieve artificial - Acondicionamiento de tierra en jardines para que retenga una mayor cantidad de agua ( QuimiNet, 2011) 11 5.6. INCENDIO FORESTAL El fuego es una reacción química en cadena con desprendimiento de luz y calor producidos por la combustión de un cuerpo. (Rubio, 2015) Se llama Incendio Forestal al fuego que afecta vegetación en bosques, selvas y zonas áridas o semiáridas y aéreas preferentemente forestales, ya sea por causas naturales o inducidas, con una ocurrencia y propagación no controlada o programada. Un incendio forestal puede afectar desde una superficie incipiente hasta miles de hectáreas, ocasionando diversos efectos al suelo, flora y fauna, así como a los bienes y servicios como agua disponible en el subsuelo, captura de carbono, emisión de oxígeno, alimentación, recreación y composición de la biodiversidad, así como, en términos globales, contribuyen al cambio climático mundial a través de las emisiones. (SEGOB, 2011) 5.7. ¿POR QUÉ SE PRODUCEN LOS INCENDIOS FORESTALES? Por causas naturales como la caída de rayos o erupciones volcánicas. Porque hace más calor de lo habitual. Debido a la falta de lluvias la vegetación se seca y el fuego se propaga fácilmente. Por la presencia de vientos fuertes que hacen el fuego se extienda rápidamente. Porque concurren tres elementos químicos: oxigeno, calor y combustible que forman el llamado “triángulo del fuego”. La mayoría ocurre por descuido del hombre. Por ejemplo, puede provocar un incendio: Cuando se lanza una colilla de cigarrillo encendida sobre la vegetación. 12 Cuando no se apaga completamente una fogata. Cuando se dejan en el bosque objetos de vidrio, que es un elemento refractario, es decir, con el calor y en contacto con la vegetación seca produce fuego. Cuando se escapa el fuego de las quemas agrícolas que realizan los campesinos para preparar el suelo para los cultivos. Muchos incendios son provocados por personas irresponsables que juegan con fuego sin medir el daño que causan a la naturaleza. (Secretaría de Gestión de Riesgos, 2017) 13 6. METODOLOGÍA Bibliográfica, experimental y la observación de equipo 14 7. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Masa Poliacrilato de sodio Volumen requerido (agua) Volumen en exceso (agua) 2,03 gr 540 ml 580 ml Al agregar 540 ml de agua a los 2,03 gr de poliacrilato de sodio esta solución se encuentra saturada (la relación es 0,0037 gr/ml), sin embargo al añadir 580 ml presenta demasiado exceso de agua por lo que no puede absorber más el poliacrilato de sodio. La masa de 2,03 gr del poliacrilato de sodio (MPS) con los 540 ml de agua tiene un valor másico de 2,175 lb que equivale a 986,5626 gr de solución (masa de poliacrilato con los 540 ml de agua) Medir la relación poliacrilato de sodio en la nieve artificial Se tomaron 120 ml de la solución anterior cuya masa era de 110,38 gr de solución y se utilizó para apagar las diferentes simulaciones de incendios. La masa final de la solución que quedo después de apagar los incendios fue de 17,15 gr. La relación de poliacrilato de sodio en la nieve artificial es 2,03 gr de poliacrilato de sodio /986,5626 gr de nieve artificial cuya relación p/p es 0,002057 gr de poliacrilato de sodio/gr de nieve artificial Volumen del MPS que apagó el Tiempo Combustibles combustible incendio (seg) Alcohol industrial 20 ml 30 gr 17 Gasolina 20 ml 35,63 gr 61 Diésel 20 ml 27,6 gr 11 Masa del Poliacrilato de Sodio (MPS) Con los valores observados en la tabla se puede demostrar que un incendio provocado usando como combustible diésel se apaga con menor cantidad de nieve artificial que es 27,6 gr, a diferencia de la gasolina que para poder apagar un incendio 15 provocado por este combustible necesita de un mayor valor másico que es de 35,63 gr eso se debe al poder calorífico que presenta cada combustible. Medir la relación poliacrilato de sodio agua (p/p) en condiciones estables Se utilizaron 0,33 gr de poliacrilato de sodio puro, pero se le agregaron 20 ml de agua (cuya masa de solución fue de 17,89 gr) para que quedara una textura considerable pero no saturada y que pueda apagar el incendio. La relación poliacrilato de sodio agua (p/p) en condiciones estables es 0,33 gr de poliacrilato en 20 ml de agua (20 gr de agua) es 0,0165 gr poliacrilato de sodio/gr agua Volumen del MPS que apagó Tiempo Relación Combustible combustible el incendio (seg) (gr/gr) Diésel 20 ml 11,631 gr 21 0,0165 Masa del Poliacrilato de Sodio (MPS) Al comparar la cantidad de poliacrilato que se necesita para apagar un incendio usando como combustible diésel, se observa que en condiciones estables se requiere de 11,631 gr de poliacrilato de sodio lo que es menor comparado con la nieve artificial que es de 27,6 gr por lo que se puede decir que el poliacrilato de sodio funciona mejor en condiciones estables como material corta fuegos. Establecer la selectividad en la permeabilidad de líquidos y sólidos en la absorción del material Líquidos Aceite Volumen Masa de Relación del poliacrilato de (gr MPS/ml líquido sodio de líq) 25 ml 8,34 gr 0,3336 OBERVACIONES El Aceite no absorbe 16 Agua Oxigenada Tiene una absorción 20 ml 0,33 gr 0,0165 parcial Agua oxigenada Aun resiste puede 40 ml 0,33 gr 0,00825 Agua oxigenada seguir absorbiendo En estas proporciones 60 ml 0,33 gr 0,0055 se encuentra sobresaturado Alcohol Industrial 20 ml 0,33 gr 0,0165 No absorbe 110° Gelatina líquida Es un coloide, se debe 20 ml 0,33 gr 0,0165 colocar menos gelatina porque se sobresaturo En los sólidos el poliacrilato de sodio no puede absorber, ya que la capacidad que tiene el poliacrilato de sodio es para absorber grandes cantidades de agua que se debe a que en su estructura molecular se encuentran grupos de carboxilatos de sodio que, al entrar en contacto con el agua, desprenden sodio ( QuimiNet, 2011). En el caso del aceite no lo puede absorber porque su estructura no lo permite; el agua oxigenada tiene una capacidad de absorción muy lenta, demora un poco más porque se trata de una solución y absorbe lentamente el agua presente, sin embargo se encuentra saturada entre la relación de 0,00825 gr MPS/gr de liq y 0,0055 gr MPS/gr de liq. En el caso del alcohol industrial no absorbe, pero al tener agua se podría tratar de utilizar para concentrar el alcohol, al absorber el agua que se encuentra presente en él. La gelatina liquida absorbe de forma más lenta es un coloide y en la relación 0,0165 gr MPS/ ml de líquido se encuentra demasiada cantidad de líquido por lo que los 0,33 gr de poliacrilato de sodio no pueden seguir absorbiendo y se debe colocar una cantidad mayor de poliacrilato de sodio para 20 ml o disminuir el volumen de gelatina. 17 8. CONCLUSIONES Se puede concluir que al existir un incendio donde el combustible utilizado para provocar la llama es diésel, este se apagara con menor cantidad de nieve artificial, a diferencia de la gasolina u otros combustibles que necesitan de mayor cantidad de nieve artificial eso se debe al poder calorífico que presenta cada combustible. De acuerdo a los resultados obtenidos se concluye que la cantidad de poliacrilato que se necesita para apagar un incendio funciona mejor en condiciones estables como material corta fuegos comparado con la nieve artificial Concluimos mencionando que mediante la experimentación realizada comprobamos que el poder de absorción del poliacrilato de sodio se da de mejor manera en los líquidos a diferencia de los sólidos, ya que estos últimos se encuentran formados en su estructura por grupos carboxilados de sodio que al entrar en contacto con el agua, desprenden sodio. Mediante la practica podemos concluir que no todos los líquidos son permisibles a la hora de absorción con el poliacrilato por ejemplo en el alcohol industrial no existe poder de absorción pero se puede utilizar para concentrar el alcohol, al absorber el agua que se encuentra presente en él, en el caso del aceite no lo puede absorber porque su estructura no lo permite, el agua oxigenada tarda más en absorber por ser una solución donde encontramos en mayor proporción agua y en menor proporción otros componentes, otro ejemplo claro es la gelatina que por ser un coloide su absorción es lenta. 18 9. RECOMENDACIONES Es recomendable el uso de mandil y guantes para una correcta manipulación de los reactivos y evitar algún tipo de incidente, también es indispensable el uso de mascarilla ya que al obtener el poliacrilato de sodio en los pañales absorbentes podemos inhalar algunas partículas y esto puede causar irritación de las vías respiratorias, pero no es considerado de por sí tóxico. Es recomendable agregar cantidad suficiente de agua al poliacrilato de sodio para que la solución se encuentre saturada y presente una consistencia óptima como material corta fuegos, de lo contrario si excedemos la cantidad de agua no se podrá absorber favorablemte el poliacrilato de sodio. Tomar en cuenta las variables que pueden afectar el resultado de la práctica como la temperatura del medio, la concentración de los reactivos entre otras variables. También se recomienda mantener una balanza calibrada antes de su uso para una correcta medición de parámetros y obtener lecturas en el peso adecuado. El control de cada instrumento debe ser lo más preciso posible para obtener resultados mucho más confiables. 19 10. BIBLIOGRAFÍA QuimiNet. (26 de Octubre de 2011). La absorbencia del poliacrilato de sodio. Obtenido de QuimiNet: https://www.quiminet.com/articulos/la-absorbencia-delpoliacrilato-de-sodio-2603427.htm CHIRINOS, L. (08 de Julio de 2016). Poliacrilato de Sodio. Obtenido de http://www.poliacrilatodesodio.com/ Flint, D. (20014). ehow en espanol. Obtenido de http://www.ehowenespanol.com/propiedades-del-poliacrilato-sodiohechos_347902/ Gardey, J. P. (2014). Obtenido de http://definicion.de/cortafuegos/ Lima, E. E. (15 de octubre de 2015). Obtenido de https://issuu.com/estebanecheverrylima/docs/presentaci__n1.pptx Quimica Explicada. (17 de Junio de 2010). Obtenido de http://quimicaorganicaexplicada.com/poliacrilato-de-sodio-nieve-artificial/ Rubio, L. (2 de Febrero de 2015). Incendios Forestales. Obtenido de http://incendios.semadet.jalisco.gob.mx/conceptos Secretaría de Gestión de Riesgos. (2017). Obtenido de http://www.gestionderiesgos.gob.ec/incendios-forestales/ SEGOB. (31 de Enero de 2011). Obtenido de http://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5176185&fecha=31/01/2011 20 11. ANEXOS Ilustración 1 Obteniendo el poliacrilato de sodio de los pañales Ilustración 2 Proceso para obtener el poliacrilato de sodio que se encuentra en los pañales 21 Ilustración 3 Combustibles para simular los incendios, gasolina, diésel y alcohol industrial 110° Ilustración 4 Masa de poliacrilato de sodio Ilustración 5 Pesando el poliacrilato de sodio 22 Ilustración 6 Nieve artificial Ilustración 7 Tomando 120 ml de la nieve superficial para apagar los incendios 23 Ilustración 8 Agregando el Combustible para producir un incendio Ilustración 9 Simulación de un incendio usando como cortafuegos poliacrilato de sodio Ilustración 10 Midiendo el grado del alcohol industrial 24 Ilustración 11 Calentando la gelatina para realizar la prueba de absorción de líquidos Ilustración 12 Realizando la prueba de absorción en líquidos y sólidos 25 USO DEL POLIACRILATO DE SODIO COMO CORTAFUEGOS EN INCENDIOS FORESTALES Bazurto Vera Karol Andrea Cevallos Cedeño María Inés Mendoza Freddy Mendoza Vélez Henry Jhair Suarez Paredes Jordana Elizabeth Ostaiza Ávila Emma Gabriela Vilcacundo Alcívar Anlly Mily Universidad Técnica de Manabí, Facultad de Matemáticas Físicas y Químicas, Departamento de Ingeniería Química, Portoviejo – Ecuador Introducción El poliacrilato de sodio es un polímero formado por monómeros de acrilato de sodio. Es conocido como un polímero súper absorbente, la capacidad que tiene el poliacrilato de sodio para absorber grandes cantidades de agua se debe a que en su estructura molecular se encuentran grupos de carboxilatos de sodio que, al entrar en contacto con el agua, desprenden sodio. Al desprenderse el sodio se liberan iones negativos de carboxilo que se repelen. El efecto que esto tiene es que se estira la cadena principal y se aumenta el volumen del poliacrilato de sodio. (Quimica Explicada, 2010) Objetivos - Medir la relación poliacrilato de sodio agua (p/p) en condiciones estables y en la nieve artificial. - Establecer la selectividad en la permeabilidad de líquidos y sólidos en la absorción del material - Ejecutar la respectiva práctica en el laboratorio 26 Parte Experimental - - Materiales y Equipos - Poliacrilato de sodio (Obtenido de pañales) - Agua - Aceite - Gasolina - Diésel - Alcohol industrial al 110% - Peróxido de Hidrogeno 3% - Gelatina Tony - Balanza - Placa calefactora - Crisoles - Luna de vidrio - Vasos de precipitación de 500ml y 250 ml - Pipeta - Procedimiento Procedemos a retirar el poliacrilato de sodio el cual obtuvimos del interior de los pañales - Pesamos el poliacrilato de sodio y lo utilizamos para determinar el volumen de agua que podía absorber antes de sobresaturarse - Utilizamos el poliacrilato de sodio con agua para determinar el tiempo con el que puede apagar diferentes combustibles - Colocar poliacrilato de sodio en iguales medidas en diferentes vasos de precipitación y determinar su absorbancia en diferentes sustancias, determinando cuales absorbe rápidamente, en cuales el proceso es lento y en cuales no absorbe 27 - Diseño del Experimento Las variables que fueron consideradas para esta experimentación están relacionadas directamente con las características que presentan los líquidos, como la viscosidad, el poder calorífico, y otras variables como el volumen, y la temperatura a la cual debían ser sometidos éstos para tener un grado de confianza considerable a la hora de tener resultados parciales y totales. El experimento lo realizamos 7 veces. Las tres primeras veces lo que queríamos conseguir era simular un incendio con 3 combustibles distintos: alcohol industrial, diésel y gasolina. Se procedió a prender una llama usando los combustibles mencionados anteriormente y luego con la nieve artificial que ya se había preparado procedimos a apagar dicha llama, considerando la cantidad de nieve que se gastó para luego hacer una relación con la cantidad inicial que se preparó. El mismo procedimiento lo repetimos en los 3 combustibles. Las otras 4 experimentaciones fueron con gelatina liquida, agua oxigenada, nuevamente con alcohol industrial y aceite de cocina, lo que quisimos identificar era el poder de absorción de cada uno de estos materiales junto con el poliacrilato. Se determinó que no existe absorción en sólidos o es bastante lento. Resultados y Discusión Masa Poliacrilato de sodio Volumen requerido (agua) Volumen en exceso (agua) 2,03 gr 540 ml 580 ml Al agregar 540 ml de agua a los 2,03 gr de poliacrilato de sodio esta solución se encuentra saturada (la relación es 0,0037 gr/ml), sin embargo al añadir 580 ml presenta demasiado exceso de agua por lo que no puede absorber más el poliacrilato de sodio. 28 La masa de 2,03 gr del poliacrilato de sodio (MPS) con los 540 ml de agua tiene un valor másico de 2,175 lb que equivale a 986,5626 gr de solución (masa de poliacrilato con los 540 ml de agua) Medir la relación poliacrilato de sodio en la nieve artificial Se tomaron 120 ml de la solución anterior cuya masa era de 110,38 gr de solución y se utilizó para apagar las diferentes simulaciones de incendios. La masa final de la solución que quedo después de apagar los incendios fue de 17,15 gr. La relación de poliacrilato de sodio en la nieve artificial es 2,03 gr de poliacrilato de sodio /986,5626 gr de nieve artificial cuya relación p/p es 0,002057 gr de poliacrilato de sodio/gr de nieve artificial Volumen del MPS que apagó el Tiempo Combustibles combustible incendio (seg) Alcohol industrial 20 ml 30 gr 17 Gasolina 20 ml 35,63 gr 61 Diésel 20 ml 27,6 gr 11 Masa del Poliacrilato de Sodio (MPS) Con los valores observados en la tabla se puede demostrar que un incendio provocado usando como combustible diésel se apaga con menor cantidad de nieve artificial que es 27,6 gr, a diferencia de la gasolina que para poder apagar un incendio provocado por este combustible necesita de un mayor valor másico que es de 35,63 gr eso se debe al poder calorífico que presenta cada combustible. Medir la relación poliacrilato de sodio agua (p/p) en condiciones estables Se utilizaron 0,33 gr de poliacrilato de sodio puro, pero se le agregaron 20 ml de agua (cuya masa de solución fue de 17,89 gr) para que quedara una textura considerable pero no saturada y que pueda apagar el incendio. 29 La relación poliacrilato de sodio agua (p/p) en condiciones estables es 0,33 gr de poliacrilato en 20 ml de agua (20 gr de agua) es 0,0165 gr poliacrilato de sodio/gr agua Volumen del MPS que apagó Tiempo Relación Combustible combustible el incendio (seg) (gr/gr) Diésel 20 ml 11,631 gr 21 0,0165 Masa del Poliacrilato de Sodio (MPS) Al comparar la cantidad de poliacrilato que se necesita para apagar un incendio usando como combustible diésel, se observa que en condiciones estables se requiere de 11,631 gr de poliacrilato de sodio lo que es menor comparado con la nieve artificial que es de 27,6 gr por lo que se puede decir que el poliacrilato de sodio funciona mejor en condiciones estables como material corta fuegos. Establecer la selectividad en la permeabilidad de líquidos y sólidos en la absorción del material Líquidos Aceite Volumen Masa de Relación del poliacrilato de (gr MPS/ml líquido sodio de líq) 25 ml 8,34 gr 0,3336 Agua Oxigenada 20 ml 0,33 gr 0,0165 parcial Aun resiste puede 40 ml 0,33 gr 0,00825 Agua oxigenada El Aceite no absorbe Tiene una absorción Agua oxigenada OBERVACIONES seguir absorbiendo En esta proporciones 60 ml 0,33 gr 0,0055 se encuentra sobresaturado Alcohol Industrial 20 ml 0,33 gr 0,0165 No absorbe 110° 30 Gelatina líquida Es un coloide, se debe 20 ml 0,33 gr 0,0165 colocar menos gelatina porque se sobresaturo En los sólidos el poliacrilato de sodio no puede absorber, ya que la capacidad que tiene el poliacrilato de sodio es para absorber grandes cantidades de agua que se debe a que en su estructura molecular se encuentran grupos de carboxilatos de sodio que, al entrar en contacto con el agua, desprenden sodio ( QuimiNet, 2011). En el caso del aceite no lo puede absorber porque su estructura no lo permite; el agua oxigenada tiene una capacidad de absorción muy lenta, demora un poco más porque se trata de una solución y absorbe lentamente el agua presente, sin embargo se encuentra saturada entre la relación de 0,00825 gr MPS/gr de liq y 0,0055 gr MPS/gr de liq. En el caso del alcohol industrial no absorbe, pero al tener agua se podría tratar de utilizar para concentrar el alcohol, al absorber el agua que se encuentra presente en él. La gelatina liquida absorbe de forma más lenta es un coloide y en la relación 0,0165 gr MPS/ ml de líquido se encuentra demasiada cantidad de líquido por lo que los 0,33 gr de poliacrilato de sodio no pueden seguir absorbiendo y se debe colocar una cantidad mayor de poliacrilato de sodio para 20 ml o disminuir el volumen de gelatina. Conclusiones Se puede concluir que al existir un incendio donde el combustible utilizado para provocar la llama es diésel, este se apagara con menor cantidad de nieve, a diferencia de la gasolina u otros combustibles que necesitan de mayor cantidad de nieve artificial eso se debe al poder calorífico que presenta cada combustible. No todos los líquidos son permisibles a la hora de absorción con el poliacrilato por ejemplo en el alcohol industrial no existe poder de absorción pero se puede 31 utilizar para concentrar el alcohol, al absorber el agua que se encuentra presente en él, en el caso del aceite no lo puede absorber porque su estructura no lo permite, el agua oxigenada tarda más en absorber por ser una solución donde encontramos en mayor proporción agua y en menor proporción otros componentes, otro ejemplo claro es la gelatina que por ser un coloide su absorción es lenta. Realizar los experimentos de forma práctica nos ayuda a observar y entender mejor lo que ocurre en el momento de la absorción ya que algunos líquidos son más lentos u otros son más rápidos al momento de ser absorbidos por el poliacrilato de sodio; la practica también nos permite comprender mejor el tiempo y la cantidad de poliacrilato de sodio o nieve superficial que se necesita para apagar los diferentes incendios provocados por diferentes combustibles. Bibliografía Quimica Explicada. (17 de Junio de 2010). Obtenido de http://quimicaorganicaexplicada.com/poliacrilato-de-sodio-nieve-artificial/ 32 Poster 33
