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El gas licuado de petróleo , también conocido como gas licuado de petróleo ( GLP o gas LP ), es un gas combustible que contiene una mezcla inflamable de gases de hidrocarburos , específicamente propano , n -butano e isobutano . A veces puede contener algo de propileno , butileno e isobuteno . [1] [2] [3]
El GLP se utiliza como gas combustible en aparatos de calefacción , equipos de cocina y vehículos. Se utiliza cada vez más como propulsor de aerosoles [4] y como refrigerante [5] , en sustitución de los clorofluorocarbonos en un esfuerzo por reducir el daño a la capa de ozono . Cuando se utiliza específicamente como combustible para vehículos, a menudo se lo denomina autogás o incluso simplemente gas .
Las variedades de GLP que se compran y venden incluyen mezclas que en su mayoría son propano ( C
3yo
8), principalmente butano ( C
4yo
10), y, más comúnmente, mezclas que incluyen tanto propano como butano. En el invierno del hemisferio norte, las mezclas contienen más propano, mientras que en verano, contienen más butano. [6] [7] En los Estados Unidos , se venden principalmente dos grados de GLP: propano comercial y HD-5. Estas especificaciones son publicadas por la Asociación de Procesadores de Gas (GPA) [8] y la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales. [9] Las mezclas de propano/butano también se enumeran en estas especificaciones.
El propileno , los butilenos y otros hidrocarburos también suelen estar presentes en pequeñas concentraciones, como C2H6, CH4 y C3H8 . El HD - 5 limita la cantidad de propileno que se puede colocar en el GLP al 5% y se utiliza como una especificación de autogás. Se añade un potente odorante , el etanotiol , para que las fugas se puedan detectar fácilmente. La norma europea reconocida internacionalmente es la EN 589. En los Estados Unidos, el tetrahidrotiofeno (tiofan) o el amilmercaptano también son odorantes aprobados, [10] aunque ninguno se utiliza actualmente.
El GLP se prepara refinando petróleo o gas natural "húmedo" , y se deriva casi en su totalidad de fuentes de combustibles fósiles , se fabrica durante la refinación del petróleo (petróleo crudo) o se extrae de corrientes de petróleo o gas natural a medida que emergen del suelo. Fue producido por primera vez en 1910 por Walter O. Snelling , y los primeros productos comerciales aparecieron en 1912. Actualmente proporciona alrededor del 3% de toda la energía consumida y se quema de manera relativamente limpia, sin hollín y con muy poca emisión de azufre . Como es un gas, no plantea peligros de contaminación del suelo o del agua , pero puede causar contaminación del aire . El GLP tiene un valor calorífico específico típico de 46,1 MJ/kg en comparación con los 42,5 MJ/kg del fueloil y los 43,5 MJ/kg de la gasolina de calidad superior . [11] Sin embargo, su densidad de energía por unidad de volumen de 26 MJ/L es menor que la de la gasolina o el fueloil, ya que su densidad relativa es menor (aproximadamente 0,5–0,58 kg/L, en comparación con 0,71–0,77 kg/L para la gasolina ). Como la densidad y la presión de vapor del GLP (o sus componentes) cambian significativamente con la temperatura, este hecho debe considerarse cada vez que la aplicación esté relacionada con operaciones de seguridad o transferencia de custodia , [12] por ejemplo, la opción de nivel de corte típica para el depósito de GLP es del 85%.
Además de su uso como portador de energía, el GLP también es una materia prima prometedora en la industria química para la síntesis de olefinas como el etileno, el propileno, [13] [14]
Como su punto de ebullición está por debajo de la temperatura ambiente , el GLP se evaporará rápidamente a temperaturas y presiones normales y generalmente se suministra en recipientes de acero presurizados . Por lo general, se llenan al 80-85% de su capacidad para permitir la expansión térmica del líquido contenido. La relación entre las densidades del líquido y el vapor varía según la composición, la presión y la temperatura, pero normalmente es de alrededor de 250:1. La presión a la que el GLP se vuelve líquido, llamada presión de vapor , también varía según la composición y la temperatura; por ejemplo, es de aproximadamente 220 kilopascales (32 psi) para el butano puro a 20 °C (68 °F), y aproximadamente 2200 kilopascales (320 psi) para el propano puro a 55 °C (131 °F). El GLP en su fase gaseosa sigue siendo más pesado que el aire , a diferencia del gas natural , y por lo tanto fluirá a lo largo del suelo y tenderá a depositarse en puntos bajos, como los sótanos . Esto conlleva dos peligros principales. La primera es una posible explosión si la mezcla de GLP y aire está dentro de los límites explosivos y existe una fuente de ignición. La segunda es la asfixia debido a que el GLP desplaza el aire, lo que provoca una disminución de la concentración de oxígeno.
Un cilindro de gas GLP lleno contiene un 86 % de líquido; el volumen restante contendrá vapor a una presión que varía con la temperatura. [15]
El GLP tiene una amplia variedad de usos en muchos mercados diferentes como combustible eficiente en los sectores agrícola, recreativo, hotelero, industrial, de la construcción, náutico y pesquero. Puede servir como combustible para cocinar, calefacción central y calentamiento de agua y es una forma particularmente rentable y eficiente de calentar hogares que no están conectados a la red eléctrica.
El GLP se utiliza para cocinar en muchos países por razones económicas, por conveniencia o porque es la fuente de combustible preferida.
En la India, en los seis meses comprendidos entre abril y septiembre de 2016, se consumieron casi 8,9 millones de toneladas de GLP en el sector doméstico, principalmente para cocinar. El número de conexiones domésticas es de 215 millones (es decir, una conexión por cada seis personas) con una circulación de más de 350 millones de cilindros de GLP. [71] La mayor parte de la demanda de GLP es importada. El suministro de gas urbano por tuberías en la India aún no está desarrollado a gran escala. El GLP está subvencionado por el gobierno indio para los usuarios domésticos. Un aumento en los precios del GLP ha sido un asunto políticamente delicado en la India, ya que potencialmente afecta el patrón de votación de la clase media .
En Hong Kong, el GLP fue en el pasado un combustible estándar para cocinar ; sin embargo, la continua expansión del gas de ciudad a los edificios más nuevos ha reducido el uso de GLP a menos del 24 % de las unidades residenciales. Sin embargo, aparte de las cocinas eléctricas, de inducción o de infrarrojos, las cocinas alimentadas con GLP son el único tipo disponible en la mayoría de los pueblos suburbanos y en muchos complejos de viviendas públicas.
El GLP es el combustible más común para cocinar en las áreas urbanas brasileñas , y se utiliza en prácticamente todos los hogares, con excepción de las ciudades de Río de Janeiro y São Paulo, que cuentan con una infraestructura de gasoductos. Desde 2001, las familias pobres reciben una subvención gubernamental ("Vale Gás") utilizada exclusivamente para la adquisición de GLP. Desde 2003, esta subvención forma parte del principal programa de bienestar social del gobierno (" Bolsa Família "). Además, desde 2005, la empresa petrolera nacional Petrobras diferencia entre el GLP destinado a cocinar y el GLP destinado a otros usos, estableciendo un precio más bajo para el primero. Esto es resultado de una directiva del gobierno federal brasileño, pero actualmente se está debatiendo su interrupción. [72]
El GLP se utiliza comúnmente en América del Norte para cocinar en el hogar y asar al aire libre .
Predominantemente en Europa y en las zonas rurales de muchos países, el GLP puede proporcionar una alternativa a la calefacción eléctrica , al fueloil o al queroseno . El GLP se utiliza con mayor frecuencia en zonas que no tienen acceso directo al gas natural por cañería . En el Reino Unido, unos 200.000 hogares utilizan GLP para calefacción.
El GLP se puede utilizar como fuente de energía para tecnologías de cogeneración (CHP). La CHP es el proceso de generar tanto energía eléctrica como calor útil a partir de una única fuente de combustible. Esta tecnología ha permitido que el GLP se utilice no solo como combustible para calefacción y cocina, sino también para la generación descentralizada de electricidad.
El GLP se puede almacenar de diversas maneras. El GLP, al igual que otros combustibles fósiles , se puede combinar con fuentes de energía renovables para proporcionar una mayor fiabilidad y, al mismo tiempo, lograr cierta reducción en las emisiones de CO2 . Sin embargo, a diferencia de las fuentes de energía renovables eólica y solar , el GLP se puede utilizar como una fuente de energía independiente sin el gasto prohibitivo del almacenamiento de energía eléctrica . En muchos climas, las fuentes renovables como la energía solar y eólica aún requerirían la construcción, instalación y mantenimiento de fuentes de energía de carga base confiables, como la generación alimentada con GLP, para proporcionar energía eléctrica durante todo el año. Es posible utilizar 100 % de energía eólica/solar, con la salvedad de que el gasto de la capacidad de generación adicional necesaria para cargar las baterías más el costo del almacenamiento eléctrico de las baterías hace que esta opción sea económicamente viable solo en una minoría de situaciones. [ cita requerida ]
Cuando se utiliza GLP para alimentar motores de combustión interna , a menudo se lo denomina autogás o propano para automóviles. En algunos países, se ha utilizado desde la década de 1940 como alternativa a la gasolina para motores de encendido por chispa. En algunos países, hay aditivos en el líquido que prolongan la vida útil del motor y la proporción de butano a propano se mantiene bastante precisa en el GLP como combustible. Dos estudios recientes examinaron mezclas de combustible GLP-fuel-oil y descubrieron que las emisiones de humo y el consumo de combustible se reducen, pero las emisiones de hidrocarburos aumentan. [73] [74] Los estudios se dividieron en emisiones de CO, y uno encontró aumentos significativos, [73] y el otro encontró ligeros aumentos con baja carga del motor, pero una disminución considerable con alta carga del motor. [74] Su ventaja es que no es tóxico, no es corrosivo y no contiene tetraetilo de plomo ni ningún aditivo, y tiene un alto índice de octano (102-108 RON según las especificaciones locales). Se quema de forma más limpia que la gasolina o el fuel-oil y está especialmente libre de las partículas presentes en este último.
El GLP tiene una densidad energética por litro menor que la gasolina o el fueloil, por lo que el consumo equivalente de combustible es mayor. Muchos gobiernos imponen menos impuestos al GLP que a la gasolina o al fueloil, lo que ayuda a compensar el mayor consumo de GLP que de gasolina o fueloil. Sin embargo, en muchos países europeos, esta exención fiscal suele compensarse con un impuesto anual mucho más alto sobre los automóviles que utilizan GLP que sobre los automóviles que utilizan gasolina o fueloil. El propano es el tercer combustible para motores más utilizado en el mundo. Se estima que en 2013 más de 24,9 millones de vehículos funcionan con gas propano en todo el mundo. Más de 25 millones de toneladas (más de 9 mil millones de galones estadounidenses) se utilizan anualmente como combustible para vehículos.
No todos los motores de automóviles son aptos para su uso con GLP como combustible. El GLP proporciona menos lubricación en los cilindros superiores que la gasolina o el diésel, por lo que los motores alimentados con GLP son más propensos al desgaste de las válvulas si no se modifican adecuadamente. Muchos motores diésel common rail modernos responden bien al uso de GLP como combustible complementario. En este caso, el GLP se utiliza como combustible además del diésel. Ahora hay sistemas disponibles que se integran con los sistemas de gestión de motores OEM.
Los kits de conversión pueden cambiar un vehículo dedicado a gasolina a utilizar un sistema dual, en el que se utilizan tanto gasolina como GLP en el mismo vehículo.
En 2020, BW LPG modernizó con éxito un buque transportador de gas de gran tamaño (VLGC) con tecnología de propulsión de GLP, siendo pionero en la aplicación de GLP en operaciones marítimas a gran escala. [75] El GLP reduce las emisiones de dióxido de carbono, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y partículas [76] [77] y se alinea con los estándares más estrictos establecidos por la Organización Marítima Internacional (OMI), lo que convierte al GLP en una opción de transición viable a medida que la industria marítima realiza la transición hacia emisiones netas de carbono cero. [78]
El GLP se puede convertir en alquilato , que es un material de mezcla de gasolina de primera calidad porque tiene propiedades antidetonantes excepcionales y proporciona una combustión limpia.
El GLP es fundamental para proporcionar refrigeración fuera de la red , generalmente por medio de un refrigerador de absorción de gas .
La mezcla "R-290a" , compuesta de propano puro y seco (designado como refrigerante R-290 ) e isobutano (R-600a), tiene un potencial insignificante de agotamiento de la capa de ozono , un potencial de calentamiento global muy bajo y puede servir como reemplazo funcional del R-12 , R-22 , R-134a y otros refrigerantes de clorofluorocarbono o hidrofluorocarbono en sistemas estacionarios convencionales de refrigeración y aire acondicionado. [79]
Esta sustitución está ampliamente prohibida o desaconsejada en los sistemas de aire acondicionado de los vehículos de motor, debido a que el uso de hidrocarburos inflamables en sistemas originalmente diseñados para transportar refrigerante no inflamable presenta un riesgo significativo de incendio o explosión. [80] [81]
Los vendedores y defensores de los refrigerantes de hidrocarburos argumentan en contra de tales prohibiciones con el argumento de que ha habido muy pocos incidentes de este tipo en relación con el número de sistemas de aire acondicionado de vehículos llenos de hidrocarburos. [82] [83] Una prueba en particular, realizada por un profesor de la Universidad de Nueva Gales del Sur , probó involuntariamente el peor escenario posible de una expulsión repentina y completa de refrigerante en el compartimiento de pasajeros seguida de una ignición posterior. Él y varias otras personas en el automóvil sufrieron quemaduras leves en la cara, las orejas y las manos, y varios observadores recibieron laceraciones por el vidrio roto de la ventana del pasajero delantero. Nadie resultó gravemente herido. [84]
La producción mundial de GLP alcanzó más de 292 millones de toneladas métricas por año (Mt/a) en 2015, mientras que el consumo mundial de GLP superó las 284 Mt/a. [88] El 62% del GLP se extrae del gas natural, mientras que el resto se produce en refinerías de petróleo a partir de petróleo crudo . [89] El 44% del consumo mundial se realiza en el sector doméstico. Estados Unidos es el principal productor y exportador de GLP. [90]
Gracias al gas natural y a la industria de refinación de petróleo, Europa es prácticamente autosuficiente en materia de GLP. La seguridad del suministro de Europa está garantizada además por:
Según estimaciones para 2010-2012, las reservas mundiales probadas de gas natural , de donde se deriva la mayor parte del GLP, ascienden a 300 billones de metros cúbicos (10.600 billones de pies cúbicos). La producción sigue creciendo a una tasa media anual del 2,2%.
El GLP se compone principalmente de propano y butano, mientras que el gas natural se compone de metano y etano, que son más ligeros . El GLP, vaporizado y a presión atmosférica, tiene un valor calorífico superior (46 MJ/m3 equivalente a 12,8 kWh/m3 ) al del gas natural (metano) (38 MJ/m3 equivalente a 10,6 kWh/m3 ) , lo que significa que el GLP no puede sustituirse simplemente por el gas natural. Para permitir el uso de los mismos controles de quemador y proporcionar características de combustión similares, el GLP se puede mezclar con aire para producir un gas natural sintético (SNG) que se puede sustituir fácilmente. Las proporciones de mezcla de GLP/aire son en promedio de 60/40, aunque esto varía ampliamente en función de los gases que componen el GLP. El método para determinar las proporciones de mezcla es calculando el índice de Wobbe de la mezcla. Los gases que tienen el mismo índice de Wobbe se consideran intercambiables.
El gas natural licuado (GLP) se utiliza en sistemas de respaldo de emergencia para muchas instalaciones públicas, industriales y militares, y muchas empresas de servicios públicos utilizan plantas de reducción de picos de GLP en épocas de alta demanda para compensar la escasez de gas natural suministrado a sus sistemas de distribución. Las instalaciones de GLP-GLP también se utilizan durante las introducciones iniciales del sistema de gas, cuando la infraestructura de distribución está en su lugar antes de que se puedan conectar los suministros de gas. Los mercados en desarrollo de la India y China (entre otros) utilizan sistemas de GLP-GLP para crear bases de clientes antes de expandir los sistemas de gas natural existentes.
En la fase inicial del sistema de red de gas urbano, se puede planificar el suministro de gas natural licuado de petróleo (SNG) o gas natural con almacenamiento localizado y red de distribución por tuberías a los hogares para abastecer a cada grupo de 5000 consumidores domésticos. Esto eliminaría el transporte por carretera de cilindros de GLP en el último tramo, que es una causa de obstáculos de tráfico y seguridad en las ciudades de la India. Estas redes de gas natural localizadas están funcionando con éxito en Japón y es factible conectarlas a redes más amplias tanto en pueblos como en ciudades.
El GLP disponible comercialmente en la actualidad se deriva principalmente de combustibles fósiles. La quema de GLP libera dióxido de carbono , un gas de efecto invernadero . La reacción también produce algo de monóxido de carbono . Sin embargo, el GLP libera menos CO
2por unidad de energía que el carbón o el petróleo, pero más que el gas natural. Emite el 81% del CO
2por kWh producido por petróleo, el 70% del producido por carbón y menos del 50% del emitido por la electricidad generada a partir de carbón distribuida a través de la red. [91] Al ser una mezcla de propano y butano, el GLP emite menos carbono por julio que el butano, pero más carbono por julio que el propano.
El GLP se quema de forma más limpia que los hidrocarburos de mayor peso molecular porque libera menos partículas . [92]
Dado que es mucho menos contaminante que la mayoría de las cocinas tradicionales de combustible sólido, la sustitución de las cocinas utilizadas en los países en desarrollo por GLP es una de las estrategias clave adoptadas para reducir la contaminación del aire en los hogares del mundo en desarrollo. [93]
En una refinería o planta de gas, el GLP debe almacenarse en recipientes a presión . Estos contenedores pueden ser cilíndricos y horizontales (a veces denominados tanques bala) o esféricos (del tipo esfera de Horton ). Por lo general, estos recipientes se diseñan y fabrican de acuerdo con algún código. En los Estados Unidos, este código lo rige la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME).
Los contenedores de GLP tienen válvulas de alivio de presión, de modo que cuando se exponen a fuentes de calor externas, ventilarán el GLP a la atmósfera o a una antorcha .
Si un tanque se ve sometido a un incendio de duración e intensidad suficientes, puede sufrir una explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE, por sus siglas en inglés). Esto suele ser un problema para las grandes refinerías y plantas petroquímicas que mantienen contenedores muy grandes. En general, los tanques están diseñados para que el producto se ventile más rápido de lo que la presión puede acumularse hasta niveles peligrosos.
Un remedio que se utiliza en entornos industriales es equipar dichos contenedores con una medida para proporcionar una clasificación de resistencia al fuego . Los contenedores de GLP grandes y esféricos pueden tener un espesor de pared de acero de hasta 15 cm. Están equipados con una válvula de alivio de presión aprobada . Un gran incendio en las proximidades del recipiente aumentará su temperatura y presión . La válvula de alivio en la parte superior está diseñada para ventilar el exceso de presión con el fin de evitar la ruptura del propio contenedor. Dado un incendio de duración e intensidad suficientes, la presión generada por el gas en ebullición y expansión puede superar la capacidad de la válvula para ventilar el exceso. Alternativamente, si, debido a la ventilación continua, el nivel del líquido cae por debajo del área que se está calentando, la estructura del tanque puede sobrecalentarse y, posteriormente, debilitarse en esa área. Si ocurre cualquiera de las dos cosas, el contenedor puede romperse violentamente, lanzando piezas del recipiente a alta velocidad, mientras que los productos liberados también pueden encenderse, lo que podría causar daños catastróficos a cualquier cosa cercana, incluidos otros contenedores.
Las personas pueden estar expuestas al GLP en el lugar de trabajo al respirarlo, por contacto con la piel y con los ojos. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para la exposición al GLP en el lugar de trabajo en 1000 ppm (1800 mg/m3 ) durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 1000 ppm (1800 mg/m3 ) durante una jornada laboral de 8 horas. En niveles de 2000 ppm, el 10% del límite explosivo inferior, el GLP se considera inmediatamente peligroso para la vida y la salud (debido únicamente a consideraciones de seguridad relacionadas con el riesgo de explosión). [94]
que los compuestos químicos de freón en refrigeradores domésticos, sistemas de refrigeración por aire y como portador
de DDT
en
bombas de aerosol contra insectos
son más eficaces para extinguir incendios que el dióxido de carbono.
"Valor calorífico de diferentes combustibles". Centro de Ciencias Ecológicas . IISc. Archivado desde el original el 19 de febrero de 2020.
