Los científicos muestran cómo almacenar combustibles líquidos en geles poliméricos para evitar explosiones e incendios
Investigadores de Japón estudian una nueva forma más segura de transportar y almacenar combustibles
Los combustibles líquidos con alta densidad energética son esenciales en muchas aplicaciones en las que la energía química se convierte en movimiento controlado, como en cohetes, turbinas de gas, calderas y ciertos motores de vehículos. Además de sus características de combustión y rendimiento, también es importante garantizar la seguridad y la estabilidad de estos combustibles cuando se utilizan, así como durante su transporte y almacenamiento.
Un peligro común cuando se trata de combustibles líquidos es que pueden evaporarse rápidamente si se les da espacio, produciendo nubes de gases altamente inflamables. Como es de esperar, esto puede provocar explosiones catastróficas o accidentes de incendio. Para atajar este problema, los investigadores han considerado el uso de combustibles gelificados, o sea, combustibles convertidos en sustancias espesas parecidas a un gel por las bajas temperaturas (imagen simbólica).
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Investigadores del SIT de Japón han demostrado en un nuevo estudio que las redes de geles poliméricos reticulados químicamente pueden atrapar moléculas de combustibles líquidos muy volátiles, como el etanol, mediante interacciones físicas, reduciendo así en gran medida su velocidad de evaporación y los riesgos de accidentes de incendio.
Naoki Hosoya from SIT, Japan
Investigadores del SIT de Japón han demostrado en un nuevo estudio que las redes de geles poliméricos reticulados químicamente pueden atrapar moléculas de combustibles líquidos muy volátiles, como el etanol, mediante interacciones físicas, reduciendo así en gran medida su velocidad de evaporación y los riesgos de accidentes de incendio.
Naoki Hosoya from SIT, Japan
Un peligro común cuando se trata de combustibles líquidos es que pueden evaporarse rápidamente si se les da espacio, produciendo nubes de gases altamente inflamables. Como es de esperar, esto puede provocar explosiones catastróficas o accidentes con fuego. Para solucionar este problema, los investigadores han considerado el uso de combustibles gelificados, o sea, combustibles convertidos en sustancias espesas similares a un gel a partir de temperaturas frías. Por desgracia, hay muchos aspectos que optimizar y obstáculos que superar antes de que los combustibles gelificados puedan ir más allá de la fase de investigación.
Por suerte, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Naoki Hosoya, del Instituto Tecnológico de Shibaura (SIT), y el profesor Shingo Maeda, del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech), en Japón, ha investigado recientemente una solución más convincente para el problema de la seguridad de los combustibles líquidos, que consiste en almacenarlos dentro de redes de gel polimérico. En su estudio, el equipo analizó el rendimiento, las ventajas y las limitaciones de almacenar etanol, un combustible líquido común, dentro de un gel de poli(N-isopropilacrilamida) químicamente reticulado (PNIPPAm). Este trabajo estuvo disponible en línea el 21 de abril de 2022 y se publicó en el volumen 444 de la revista Chemical Engineering Journal el 15 de septiembre de 2022.
En primer lugar, comprobaron si atrapar las moléculas de etanol dentro de las largas cadenas de polímero PNIPAAm químicamente entrelazadas ayudaba a reducir su tasa de evaporación. Para comprobarlo, los investigadores crearon pequeñas esferas de gel de PNIPAAm cargadas de etanol y las colocaron en una balanza electrónica para registrar cómo cambiaba la masa a medida que se vaporizaba el etanol. También realizaron este experimento con un charco de etanol equivalente, con aproximadamente la misma superficie y masa que la esfera de gel.
Comprobaron que el almacenamiento de etanol dentro del gel polimérico suprimía por completo la tendencia del combustible a vaporizarse rápidamente. Esto se debe probablemente al modo en que las moléculas de etanol quedan "atrapadas" en el gel, como explica el profesor Hosoya: "El gel polimérico contiene innumerables cadenas de polímero tridimensionales que están químicamente reticuladas de forma fuerte. Estas cadenas unen las moléculas de etanol a través de diversas interacciones físicas, limitando su evaporación en el proceso". Curiosamente, el gel cargado no se comporta como una toalla húmeda. Mientras que una toalla húmeda soltaría su líquido si se escurriera, el gel polimérico no dejaba salir el etanol fácilmente bajo fuerzas externas.
Una vez resuelto el problema de la evaporación, el equipo pasó a examinar las características reales de combustión del etanol en la red de geles poliméricos para ver si se quemaban con eficacia. Encendieron esferas de gel cargadas de etanol de distintos tamaños y observaron los cambios en sus perfiles de masa y forma en tiempo real. A partir de ahí, determinaron que la combustión de las esferas de gel PNIPAAm cargadas constaba de dos fases: una fase dominada por la combustión del etanol puro, seguida de una segunda fase dominada por la combustión del propio polímero PNIPAAm.
Mediante un posterior análisis teórico de estos resultados, el equipo llegó a una importante conclusión: la primera y principal fase de combustión de las esferas de gel de PNIPAAm cargadas sigue un modelo de temperatura de gota constante, también conocido como la "ley d2". Esto significa que la combustión del gel cargado de etanol puede describirse mediante el mismo modelo utilizado para las gotas de combustible líquido, lo que indica que sus rendimientos de combustión deberían ser similares.
En general, este estudio es un paso adelante hacia nuevas formas de transportar y almacenar con seguridad combustibles líquidos dentro de geles poliméricos, lo que podría salvar muchas vidas. "El almacenamiento en geles poliméricos podría evitar explosiones y accidentes de incendio al reducir drásticamente la evaporación de los combustibles y, a su vez, la formación de mezclas gaseosas inflamables, que pueden producirse fácilmente tras una fuga en una instalación de almacenamiento", explica el profesor Hosoya. "Todavía queda mucho trabajo por hacer en este frente, como comprobar la estabilidad y el rendimiento de los geles poliméricos en diferentes condiciones de temperatura, presión y humedad, así como desarrollar procedimientos de fabricación más sencillos y mejores formas de utilizar estos geles cargados de combustible en motores reales."
Esperemos que la investigación avance rápidamente para crear entornos de trabajo más seguros en un futuro próximo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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