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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 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 refrigerante , [5] reemplazando a 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 le denomina autogás o incluso simplemente como gas .
Las variedades de GLP que se compran y venden incluyen mezclas que son principalmente propano ( C
3h
8), principalmente butano ( C
4h
10) y, más comúnmente, mezclas que incluyen propano y butano. En el invierno del hemisferio norte, las mezclas contienen más propano, mientras que en verano contienen más butano. [6] [7] En 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 diversos también suelen estar presentes en pequeñas concentraciones, como C 2 H 6 , CH 4 y C 3 H 8 . HD-5 limita la cantidad de propileno que se puede colocar en el GLP al 5 % y se utiliza como especificación de autogás. Se añade un potente olor , etanotiol , para que las fugas puedan detectarse fácilmente. La norma europea reconocida internacionalmente es EN 589. En los Estados Unidos, el tetrahidrotiofeno (tiofano) o el amilmercaptano también son odorantes aprobados, [10] aunque ninguno de los dos 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 , ya que se fabrica durante el refinado 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 . Al ser un gas, no supone ningún riesgo de contaminación del suelo ni del agua , pero sí puede provocar contaminación del aire . El GLP tiene un poder calorífico específico típico de 46,1 MJ/kg en comparación con 42,5 MJ/kg del fueloil y 43,5 MJ/kg de la gasolina de primera calidad . [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 (alrededor de 0,5 a 0,58 kg/L, en comparación con 0,71 a 0,77 kg/L). para 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 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 etileno, propileno, [13] [14].
Como su punto de ebullición está por debajo de la temperatura ambiente , el GLP se evapora rápidamente a temperaturas y presiones normales y generalmente se suministra en recipientes de acero presurizados . Por lo general, se llenan entre el 80 % y el 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 suele ser de alrededor de 250:1. La presión a la que el GLP se vuelve líquido, llamada presión de vapor , también varía dependiendo de la composición y la temperatura; por ejemplo, es de aproximadamente 220 kilopascales (32 psi) para butano puro a 20 °C (68 °F) y aproximadamente 2200 kilopascales (320 psi) para 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 , por lo que fluirá a lo largo del suelo y tenderá a depositarse en lugares 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. El segundo es la asfixia debido a que el GLP desplaza el aire, provocando una disminución de la concentración de oxígeno.
Un cilindro de gas LP lleno contiene un 86% de líquido; el volumen vacío contendrá vapor a una presión que varía con la temperatura. [15]
El GLP tiene una amplia variedad de usos en muy diversos mercados como contenedor de combustible eficiente en los sectores agrícola, recreativo, hotelero, industrial, 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 fuera de la red.
El GLP se utiliza para cocinar en muchos países por razones económicas, por conveniencia o porque es la fuente de combustible preferida.
En India, se consumieron casi 8,9 millones de toneladas de GLP en el semestre comprendido entre abril y septiembre de 2016 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 del GLP necesario es importado. El suministro de gas urbano por tuberías en la India aún no se ha desarrollado a gran escala. El GLP está subsidiado por el gobierno indio para 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 .
El GLP alguna vez fue un combustible estándar para cocinar en Hong Kong ; sin embargo, la continua expansión del gas ciudad a edificios más nuevos ha reducido el uso de GLP a menos del 24% de las unidades residenciales. Sin embargo, aparte de las estufas eléctricas, de inducción o infrarrojas, las estufas alimentadas con GLP son el único tipo disponible en la mayoría de las aldeas suburbanas y en muchas urbanizaciones públicas.
El GLP es el combustible para cocinar más común en las zonas 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 infraestructura de gasoductos. Desde 2001, las familias pobres reciben una subvención gubernamental ("Vale Gás") que se utiliza exclusivamente para la adquisición de GLP. Desde 2003, esta subvención forma parte del principal programa de bienestar social del gobierno (" Bolsa Família "). Asimismo, desde 2005, la petrolera nacional Petrobras diferencia entre GLP destinado a cocinar y GLP destinado a otros usos, estableciendo un precio más bajo para el primero. Esto es el 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 zonas rurales de muchos países, el GLP puede proporcionar una alternativa a la calefacción eléctrica , al gasóleo o al queroseno . El GLP se utiliza con mayor frecuencia en áreas que no tienen acceso directo al gas natural por tubería . En el Reino Unido, unos 200.000 hogares utilizan GLP para calefacción.
El GLP se puede utilizar como fuente de energía para tecnologías combinadas de calor y energía (CHP). CHP es el proceso de generar energía eléctrica y calor útil a partir de una única fuente de combustible. Esta tecnología ha permitido que el GLP se utilice no sólo como combustible para calentar y cocinar, sino también para la generación descentralizada de electricidad.
El GLP se puede almacenar de diversas formas. El GLP, al igual que otros combustibles fósiles , se puede combinar con fuentes de energía renovables para proporcionar una mayor confiabilidad y al mismo tiempo lograr cierta reducción en las emisiones de CO 2 . Sin embargo, a diferencia de las fuentes de energía renovables eólica y solar , el GLP se puede utilizar como 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 un 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 sólo en una minoría de situaciones. [ cita necesaria ]
Cuando el GLP se utiliza como combustible para motores de combustión interna , a menudo se lo denomina autogás o autopropano. En algunos países se utiliza desde la década de 1940 como alternativa a la gasolina para los motores de encendido por chispa. En algunos países, existen aditivos en el líquido que prolongan la vida útil del motor y la proporción de butano a propano se mantiene bastante precisa en el combustible GLP. Dos estudios recientes han examinado las mezclas de GLP, combustible y aceite y han descubierto 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 cuanto a las emisiones de CO: 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 octanaje (102-108 RON , según las especificaciones locales). Se quema de forma más limpia que la gasolina o el fueloil 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 a menudo se compensa 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. Las estimaciones de 2013 indican que más de 24,9 millones de vehículos funcionan con gas propano en todo el mundo. Anualmente se utilizan más de 25 millones de toneladas (más de 9 mil millones de galones estadounidenses) como combustible para vehículos.
No todos los motores de automóviles son adecuados para su uso con GLP como combustible. El GLP proporciona menos lubricación al cilindro superior que la gasolina o el diésel, por lo que los motores alimentados con GLP son más propensos a desgastar las válvulas si no se modifican adecuadamente. Muchos motores diésel common rail modernos responden bien al uso de GLP como combustible complementario. Aquí se utiliza el GLP 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 convertir un vehículo dedicado a gasolina a 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 muy grande (VLGC) con tecnología de propulsión de GLP, siendo pionero en la aplicación de GLP en operaciones marítimas a gran escala. [75] Las menores emisiones de dióxido de carbono, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y partículas del GLP [76] se alinean con 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 avanza hacia el cero neto. emisiones de carbon. [77]
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 mediante un refrigerador de absorción de gas .
Mezclada a partir de propano puro y seco (designador de refrigerante R-290 ) e isobutano (R-600a), la mezcla "R-290a" tiene un potencial insignificante de agotamiento de la capa de ozono , un potencial de calentamiento global muy bajo y puede servir como un reemplazo funcional del R-12 . R-22 , R-134a y otros refrigerantes clorofluorocarbonos o hidrofluorocarbonados en sistemas estacionarios convencionales de refrigeración y aire acondicionado. [78]
Esta sustitución está ampliamente prohibida o desaconsejada en los sistemas de aire acondicionado de vehículos de motor, con el argumento de que el uso de hidrocarburos inflamables en sistemas originalmente diseñados para transportar refrigerante no inflamable presenta un riesgo importante de incendio o explosión. [79] [80]
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 la cantidad de sistemas de aire acondicionado de vehículos llenos de hidrocarburos. [81] [82] Una prueba particular, realizada por un profesor de la Universidad de Nueva Gales del Sur , probó involuntariamente el peor de los casos: una expulsión repentina y completa de refrigerante al compartimiento de pasajeros seguida de un encendido posterior. Él y varias otras personas en el automóvil sufrieron quemaduras leves en la cara, los oídos y las manos, y varios observadores sufrieron laceraciones por el vidrio reventado de la ventana del pasajero delantero. Nadie resultó gravemente herido. [83]
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 los 284 Mt/a. [87] El 62% del GLP se extrae del gas natural , mientras que el resto lo producen las refinerías de petróleo a partir del petróleo crudo . [88] El 44% del consumo mundial corresponde al sector interno. Estados Unidos es el principal productor y exportador de GLP. [89]
Gracias al gas natural y a la industria del refinado de petróleo, Europa es casi autosuficiente en GLP. La seguridad del suministro de Europa está aún más salvaguardada por:
Según estimaciones para el período 2010-2012, las reservas mundiales probadas de gas natural , del que 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 está compuesto por metano y etano, más ligeros . El GLP, vaporizado y a presión atmosférica, tiene un poder calorífico superior (46 MJ/m 3 equivalente a 12,8 kWh/m 3 ) que el gas natural (metano) (38 MJ/m 3 equivalente a 10,6 kWh/m 3 ), 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 (GNS) que se puede sustituir fácilmente. Las proporciones de mezcla de GLP/aire promedian 60/40, aunque esto varía mucho según 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 GNS a base de 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 momentos de alta demanda para compensar la escasez de gas natural suministrado a sus sistemas de distribución. Las instalaciones de GLP-SNG también se utilizan durante las introducciones iniciales del sistema de gas, cuando la infraestructura de distribución ya está instalada antes de que se puedan conectar los suministros de gas. Los mercados en desarrollo de India y China (entre otros) utilizan sistemas GLP-SNG para construir 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 GNS a base de GLP o gas natural con almacenamiento localizado y red de distribución por tuberías a los hogares para atender a cada grupo de 5.000 consumidores domésticos. Esto eliminaría el transporte por carretera de cilindros de GLP de última milla, que es una causa de obstáculos de tráfico y seguridad en las ciudades indias. Estas redes localizadas de gas natural están operando con éxito en Japón y es factible conectarse a redes más amplias tanto en pueblos como en ciudades.
El GLP disponible comercialmente actualmente 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 emite 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 el petróleo, el 70% del del carbón y menos del 50% del emitido por la electricidad generada con carbón distribuida a través de la red. [90] 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 . [91]
Como es mucho menos contaminante que la mayoría de las cocinas tradicionales de combustible sólido, reemplazar 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 en el mundo en desarrollo. [92]
En una refinería o planta de gas, el GLP debe almacenarse en recipientes a presión . Estos contenedores son cilíndricos y horizontales (a veces denominados tanques de bala) o esféricos (del tipo esfera de Horton ). Normalmente, estos buques se diseñan y fabrican de acuerdo con algún código. En los Estados Unidos, este código se rige por 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 exteriores, ventilarán el GLP a la atmósfera o a una antorcha .
Si un tanque es sometido a un incendio de suficiente duración e intensidad, puede sufrir una explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE). Esto suele ser una preocupación 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 alcanzar 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 buque aumentará su temperatura y presión . La válvula de alivio en la parte superior está diseñada para eliminar el exceso de presión y evitar la ruptura del recipiente. Dado un incendio de suficiente duración e intensidad, la presión generada por el gas en ebullición y expansión puede exceder 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 gran velocidad, mientras que los productos liberados también pueden encenderse, causando potencialmente daños catastróficos a cualquier cosa cercana, incluidos otros contenedores.
Las personas pueden estar expuestas al GLP en el lugar de trabajo al inhalarlo, al contacto con la piel y con los ojos. La Administración de Salud y Seguridad 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/m 3 ) durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 1000 ppm (1800 mg/m 3 ) 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). [93]
Se ha descubierto que los compuestos químicos de freón en refrigeradores domésticos, sistemas de refrigeración de aire y como portador
de DDT
en
bombas de insectos
en aerosol son más efectivos 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.
