El propano ( / ˈ p r oʊ p eɪ n / ) es un alcano de tres carbonos con la fórmula molecular C 3 H 8 . Es un gas a temperatura y presión estándar , pero comprimible hasta convertirse en un líquido transportable. Como subproducto del procesamiento del gas natural y del refinado del petróleo , se utiliza habitualmente como combustible en aplicaciones domésticas e industriales y en el transporte público de bajas emisiones. Descubierto en 1857 por el químico francés Marcellin Berthelot , estuvo disponible comercialmente en los EE. UU. en 1911. El propano pertenece a un grupo de gases licuados de petróleo (gases LP). Los demás incluyen propileno , butano , butileno , butadieno , isobutileno y mezclas de los mismos. El propano tiene una densidad de energía volumétrica más baja, pero una densidad de energía gravimétrica más alta y se quema de manera más limpia que la gasolina y el carbón. [6]
El gas propano se ha convertido en una opción popular para barbacoas y estufas portátiles porque su bajo punto de ebullición -42 °C hace que se vaporice dentro de recipientes de líquido presurizado (existe en dos fases, vapor sobre líquido). Conserva su capacidad de vaporizarse incluso en climas fríos, lo que lo hace más adecuado para uso en exteriores en climas fríos que alternativas con puntos de ebullición más altos como el butano. [7] El propano impulsa autobuses, montacargas, automóviles, motores de embarcaciones fuera de borda y máquinas de repavimentación de hielo , y se utiliza para calentar y cocinar en vehículos recreativos y caravanas .
El propano fue descubierto por el químico francés Marcellin Berthelot en 1857. [8] Edmund Ronalds lo encontró disuelto en petróleo crudo ligero de Pensilvania en 1864. [9] [10] Walter O. Snelling , de la Oficina de Minas de EE. UU., lo destacó como un componente volátil de la gasolina en 1910, lo que marcó el "nacimiento de la industria del propano" en los Estados Unidos. [11] La volatilidad de estos hidrocarburos más ligeros hizo que se los conociera como "salvajes" debido a las altas presiones de vapor de la gasolina sin refinar. El 31 de marzo de 1912, The New York Times informó sobre el trabajo de Snelling con gas licuado, diciendo que "una botella de acero transportará suficiente gas para iluminar una casa normal durante tres semanas". [12]
Fue durante este tiempo que Snelling , en cooperación con Frank P. Peterson, Chester Kerr y Arthur Kerr , desarrolló formas de licuar los gases LP durante el refinado de la gasolina. [11] Juntos, establecieron American Gasol Co., el primer comercializador comercial de propano. Snelling había producido propano relativamente puro en 1911, y el 25 de marzo de 1913, su método de procesamiento y producción de gases LP recibió la patente número 1.056.845. [11] Frank Peterson desarrolló un método separado para producir gas LP mediante compresión y su patente fue concedida el 2 de julio de 1912. [13]
La década de 1920 vio un aumento en la producción de gases LP; el primer año de producción registrada ascendió a 223.000 galones estadounidenses (840 m 3 ) en 1922. En 1927, la producción anual de gas LP comercializado alcanzó 1 millón de galones estadounidenses (3.800 m 3 ), y en 1935 , las ventas anuales de gas LP habían alcanzado los 56 millones de galones estadounidenses (210.000 m 3 ). Los principales avances de la industria en la década de 1930 incluyeron la introducción del transporte por vagones cisterna, la odorización del gas y la construcción de plantas locales de llenado de botellas. El año 1945 marcó el primer año en que las ventas anuales de gas LP alcanzaron los mil millones de galones. En 1947, el 62% de todos los hogares estadounidenses estaban equipados con gas natural o propano para cocinar. [11]
En 1950, la Autoridad de Tránsito de Chicago encargó 1.000 autobuses propulsados por propano y, en 1958, las ventas en Estados Unidos habían alcanzado los 7.000.000 m3 anuales . En 2004, se informó que era una industria en crecimiento de entre 8 mil millones y 10 mil millones de dólares, con más de 15 mil millones de galones estadounidenses (57.000.000 m 3 ) de propano que se utilizan anualmente en los EE. UU. [14]
Durante la pandemia de COVID-19 , se informó escasez de propano en Estados Unidos debido al aumento de la demanda. [15] [16] [17]
La raíz " prop- " que se encuentra en "propano" y en los nombres de otros compuestos con cadenas de tres carbonos se derivó del " ácido propiónico ", [18] que a su vez recibió su nombre de las palabras griegas protos (que significa primero) y pion (grasa). ), ya que fue el "primer" miembro de la serie de ácidos grasos . [19]
El propano es un gas incoloro e inodoro. El etilmercaptano se agrega como medida de seguridad como odorante , [20] y comúnmente se le llama olor a "huevo podrido". [21] A presión normal se licua por debajo de su punto de ebullición a -42 °C y se solidifica por debajo de su punto de fusión a -187,7 °C. El propano cristaliza en el grupo espacial P2 1 /n. [22] [23] El bajo llenado de espacio del 58,5% (a 90 K), debido a las malas propiedades de apilamiento de la molécula, es la razón del punto de fusión particularmente bajo.
El propano sufre reacciones de combustión de manera similar a otros alcanos . En presencia de un exceso de oxígeno, el propano se quema para formar agua y dióxido de carbono .
La combustión del propano es mucho más limpia que la del carbón o la gasolina sin plomo. La producción de CO 2 por BTU del propano es casi tan baja como la del gas natural. [25] El propano se quema más caliente que el gasóleo para calefacción doméstica o el combustible diésel debido al alto contenido de hidrógeno. La presencia de enlaces C-C , más los enlaces múltiples del propileno y el butileno , producen gases de escape orgánicos además de dióxido de carbono y vapor de agua durante la combustión típica. Estos enlaces también hacen que el propano arda con una llama visible.
La entalpía de combustión del gas propano donde todos los productos regresan a su estado estándar, por ejemplo cuando el agua regresa a su estado líquido a una temperatura estándar (conocido como poder calorífico superior ), es (2219,2 ± 0,5) kJ/mol, o (50,33 ± 0,01 ) MJ/kg. [24]
La entalpía de combustión del gas propano cuando los productos no regresan a su estado estándar, por ejemplo cuando los gases calientes, incluido el vapor de agua, salen de una chimenea (conocido como poder calorífico inferior ) es −2043,455 kJ/mol. [26] El valor calorífico inferior es la cantidad de calor disponible al quemar la sustancia donde los productos de la combustión se expulsan a la atmósfera; por ejemplo, el calor de una chimenea cuando el conducto de humos está abierto.
La densidad del gas propano a 25 °C (77 °F) es 1,808 kg/m 3 , aproximadamente 1,5 veces la densidad del aire a la misma temperatura. La densidad del propano líquido a 25 °C (77 °F) es 0,493 g/cm 3 , lo que equivale a 4,11 libras por galón líquido estadounidense o 493 g/L. El propano se expande a un 1,5% cada 10 °F. Por lo tanto, el propano líquido tiene una densidad de aproximadamente 4,2 libras por galón (504 g/L) a 60 °F (15,6 °C). [27]
Como la densidad del propano cambia con la temperatura, este hecho debe tenerse en cuenta cada vez que la aplicación esté relacionada con operaciones de transferencia de seguridad o custodia. [28]
El nombre "propano" se deriva de la adición del sufijo químico -ano a "prop(ácido iónico)", que a su vez proviene del griego pro "adelante" y pion "grasa". Esto se refiere a que el ácido propiónico ocupa el primer lugar en el orden de los ácidos grasos. [29]
El propano es una opción popular para barbacoas y estufas portátiles porque el bajo punto de ebullición de -42 °C (-44 °F) hace que se vaporice tan pronto como se libera de su recipiente presurizado. Por lo tanto, no se requiere ningún carburador ni ningún otro dispositivo vaporizador; basta con una simple boquilla dosificadora.
Se pueden utilizar mezclas de "isopropano" puro y seco (R-290a) (mezclas de isobutano/propano) e isobutano (R-600a) como refrigerante circulante en sistemas de refrigeración basados en compresores construidos adecuadamente. [30] En comparación con los fluorocarbonos, el propano tiene un potencial insignificante de agotamiento de la capa de ozono y un potencial de calentamiento global muy bajo (tiene un valor de PCA de 0,072, [31] 13,9 veces menor que el PCA del dióxido de carbono) y puede servir como un sustituto funcional del R -12 , R-22 , R-134a y otros refrigerantes clorofluorocarbonos o hidrofluorocarbonados en sistemas estacionarios convencionales de refrigeración y aire acondicionado. [32] Debido a que su efecto de calentamiento global es mucho menor que el de los refrigerantes actuales, el propano fue elegido como uno de los cinco refrigerantes de reemplazo aprobados por la EPA en 2015, para su uso en sistemas especialmente diseñados para manejar su inflamabilidad. [33]
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. [34]
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. [35] [36]
El propano también es fundamental para proporcionar refrigeración fuera de la red , como fuente de energía para un refrigerador de absorción de gas y se usa comúnmente para campamentos y vehículos recreativos.
Dado que puede transportarse fácilmente, es un combustible popular para la calefacción doméstica y la generación eléctrica de respaldo en áreas escasamente pobladas que no cuentan con tuberías de gas natural. En junio de 2023, investigadores de Stanford descubrieron que la combustión de propano emitía niveles detectables y repetibles de benceno que en algunos hogares elevaban las concentraciones de benceno en interiores por encima de los puntos de referencia de salud bien establecidos. La investigación también muestra que el gas y el propano parecen ser la fuente dominante de benceno producido al cocinar. [37]
En las zonas rurales de América del Norte, así como en el norte de Australia, el propano se utiliza para calentar instalaciones ganaderas, secadores de granos y otros aparatos que producen calor. Cuando se utiliza para calentar o secar granos, generalmente se almacena en un cilindro grande colocado permanentemente que se rellena mediante un camión de reparto de propano. En 2014 [actualizar], 6,2 millones de hogares estadounidenses utilizan propano como combustible principal para calefacción. [38]
En América del Norte, los camiones de reparto locales con un tamaño promedio de cilindro de 3.000 galones estadounidenses (11 m 3 ) llenan cilindros grandes que están instalados permanentemente en la propiedad, u otros camiones de servicio intercambian cilindros vacíos de propano con cilindros llenos. Grandes camiones con remolque, con un tamaño de cilindro promedio de 10.000 galones estadounidenses (38 m 3 ), transportan propano desde el oleoducto o la refinería hasta la planta a granel local. El camión cisterna bobtail no es exclusivo del mercado norteamericano, aunque la práctica no es tan común en otros lugares, y los vehículos generalmente se denominan camiones cisterna . En muchos países, el propano se entrega a los usuarios finales a través de cilindros individuales pequeños o medianos, mientras que los cilindros vacíos se retiran para rellenarlos en una ubicación central.
También existen sistemas comunitarios de propano, con un cilindro central que alimenta viviendas individuales. [39]
En Estados Unidos, más de 190.000 vehículos de carretera utilizan propano y más de 450.000 montacargas lo utilizan como fuente de energía. Es el tercer combustible para vehículos más popular en el mundo, [40] detrás de la gasolina y el diésel . En otras partes del mundo, el propano utilizado en los vehículos se conoce como autogás. En 2007, aproximadamente 13 millones de vehículos en todo el mundo utilizan autogás. [40]
La ventaja del propano en los coches es su estado líquido a presión moderada. Esto permite tiempos de recarga rápidos, una construcción asequible de los cilindros de combustible y rangos de precios que normalmente son poco más de la mitad que los de la gasolina. Mientras tanto, es notablemente más limpio (tanto en el manejo como en la combustión), da como resultado un menor desgaste del motor (debido a los depósitos de carbón) sin diluir el aceite del motor (a menudo extendiendo los intervalos de cambio de aceite) y hasta hace poco [ ¿cuándo? ] tenía un costo relativamente bajo en América del Norte. El octanaje del propano es relativamente alto, 110. En los Estados Unidos, la infraestructura de abastecimiento de propano es la más desarrollada de todos los combustibles alternativos para vehículos. Muchos vehículos reconvertidos tienen disposiciones para rellenar con "botellas de barbacoa". Los vehículos especialmente diseñados suelen formar parte de flotas de propiedad comercial y cuentan con instalaciones privadas de abastecimiento de combustible. Un ahorro adicional para los operadores de vehículos que funcionan con propano, especialmente en flotas, es que el robo es mucho más difícil que con gasolina o diésel.
El propano también se utiliza como combustible para motores pequeños , especialmente los que se utilizan en interiores o en áreas con aire fresco y ventilación insuficientes para eliminar los gases de escape más tóxicos de un motor que funciona con gasolina o diésel. Más recientemente, [ ¿cuándo? ] Ha habido productos para el cuidado del césped, como podadoras de hilo , cortadoras de césped y sopladores de hojas , destinados al uso en exteriores, pero alimentados con propano para reducir la contaminación del aire . [41]
Muchos camiones de carretera de servicio pesado utilizan propano como impulsor, donde se agrega a través del turbocompresor para mezclarlo con gotas de combustible diesel. El alto contenido de hidrógeno de las gotas de propano ayuda a que el combustible diésel se queme más caliente y, por tanto, de forma más completa. Esto proporciona más torque, más caballos de fuerza y un escape más limpio para los camiones. Es normal que un motor de camión diésel de servicio mediano de 7 litros aumente la economía de combustible entre un 20 y un 33 por ciento cuando se utiliza un sistema de refuerzo de propano. Es más barato porque el propano es mucho más barato que el combustible diésel. La distancia más larga que un camionero de campo traviesa puede recorrer con una carga completa de combustible combinado de diésel y propano significa que puede cumplir con las reglas federales de horas de trabajo con dos paradas menos para repostar combustible en un viaje de campo traviesa. Los camioneros, las competiciones de tracción de tractores y los agricultores han estado utilizando un sistema de propulsión de propano durante más de cuarenta años [ ¿cuándo? ] en Norte América.
El grado estándar norteamericano de propano para uso automotriz es HD-5 (servicio pesado 5%). El grado HD-5 tiene un máximo de 5 por ciento de butano, pero el propano vendido en Europa tiene una cantidad máxima permitida de butano del 30 por ciento, lo que significa que no es el mismo combustible que el HD-5. El GLP utilizado como combustible para automóviles y gas para cocinar en Asia y Australia también tiene un contenido muy alto de butano.
El propileno (también llamado propeno) puede ser un contaminante del propano comercial. El propano que contiene demasiado propeno no es adecuado para la mayoría de los combustibles para vehículos. HD-5 es una especificación que establece una concentración máxima del 5% de propeno en propano. Las especificaciones del propano y otros gases LP están establecidas en ASTM D-1835. [43] Todos los combustibles de propano incluyen un olor , casi siempre etanotiol , para que el gas se pueda oler fácilmente en caso de una fuga. El propano como HD-5 estaba pensado originalmente para su uso como combustible para vehículos. HD-5 se utiliza actualmente en todas las aplicaciones de propano.
Normalmente, en Estados Unidos y Canadá, el GLP es principalmente propano (al menos 90%), mientras que el resto es principalmente etano , propileno , butano y odorantes, incluido el etilmercaptano . [44] [45] Este es el estándar HD-5, (contenido máximo permitido de propileno, y no más del 5% de butanos y etano) definido por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales por su Estándar 1835 para motores de combustión interna. Sin embargo, no todos los productos etiquetados como "GLP" cumplen con esta norma. En México, por ejemplo, el gas etiquetado como "GLP" puede estar compuesto por 60% de propano y 40% de butano. “La proporción exacta de esta combinación varía según el país, dependiendo de los precios internacionales, de la disponibilidad de componentes y, especialmente, de las condiciones climáticas que favorecen al GLP con mayor contenido de butano en las regiones más cálidas y al propano en las frías”. [46]
El propano se compra y almacena en forma líquida, el GLP. Se puede almacenar fácilmente en un espacio relativamente pequeño.
En comparación, el gas natural comprimido (GNC) no se puede licuar mediante compresión a temperaturas normales, ya que éstas están muy por encima de su temperatura crítica . Como gas, se requiere una presión muy alta para almacenar cantidades útiles. Esto plantea el peligro de que, en caso de accidente, al igual que con cualquier cilindro de gas comprimido (como un cilindro de CO 2 utilizado en una concesión de refrescos), un cilindro de GNC pueda explotar con gran fuerza o tener una fuga lo suficientemente rápida como para convertirse en un misil autopropulsado. . Por lo tanto, el almacenamiento de GNC es mucho menos eficiente que el propano, debido al gran volumen requerido del cilindro. Un medio alternativo para almacenar gas natural es como líquido criogénico en un recipiente aislado como gas natural licuado (GNL). Esta forma de almacenamiento es a baja presión y es aproximadamente 3,5 veces más eficiente que almacenarlo como GNC.
A diferencia del propano, si ocurre un derrame, el GNC se evaporará y disipará porque es más liviano que el aire.
El propano se usa mucho más comúnmente para alimentar vehículos que el gas natural, porque ese equipo cuesta menos. El propano requiere sólo 1220 kilopascales (177 psi) de presión para mantenerlo líquido a 37,8 °C (100 °F). [47]
El propano es un asfixiante simple . [48] A diferencia del gas natural , es más denso que el aire. Puede acumularse en espacios bajos y cerca del suelo. Cuando se abusa como inhalante , puede causar hipoxia (falta de oxígeno), neumonía , insuficiencia cardíaca o paro cardíaco . [49] [50] El propano tiene baja toxicidad ya que no se absorbe fácilmente y no es biológicamente activo . Comúnmente almacenado bajo presión a temperatura ambiente, el propano y sus mezclas se evaporarán instantáneamente a presión atmosférica y se enfriarán muy por debajo del punto de congelación del agua. El gas frío, que parece blanco debido a la humedad que se condensa en el aire, puede provocar congelación.
El propano es más denso que el aire. Si se produce una fuga en un sistema de combustible de propano, el gas vaporizado tenderá a hundirse en cualquier área cerrada y, por lo tanto, representa un riesgo de explosión e incendio. El escenario típico es un cilindro con fugas almacenado en un sótano; la fuga de propano se desplaza por el piso hasta la luz piloto de la caldera o calentador de agua y provoca una explosión o un incendio. Esta propiedad hace que el propano sea generalmente inadecuado como combustible para embarcaciones. En 2007, se produjo una explosión relacionada con vapor, muy investigada, en Gante, Virginia Occidental, EE. UU., que mató a cuatro personas y destruyó por completo la tienda Little General en Flat Top Road , causando varios heridos. [51] [52]
Otro peligro asociado con el almacenamiento y transporte de propano se conoce como BLEVE o explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición . La explosión de Kingman involucró a un vagón cisterna de ferrocarril en Kingman, Arizona, EE. UU., en 1973 durante una transferencia de propano. El incendio y las explosiones posteriores provocaron doce muertos y numerosos heridos. [53]
El propano se produce como subproducto de otros dos procesos: el procesamiento de gas natural y el refinado de petróleo . El procesamiento de gas natural implica la eliminación de butano , propano y grandes cantidades de etano del gas crudo, para evitar la condensación de estos volátiles en las tuberías de gas natural. Además, las refinerías de petróleo producen algo de propano como subproducto del craqueo del petróleo en gasolina o combustible para calefacción.
La oferta de propano no puede ajustarse fácilmente para satisfacer la mayor demanda debido a la naturaleza de subproducto de la producción de propano. Alrededor del 90% del propano estadounidense se produce en el país. [38] Estados Unidos importa alrededor del 10% del propano consumido cada año, y alrededor del 70% de ese proviene de Canadá a través de oleoductos y ferrocarriles. El 30% restante del propano importado llega a Estados Unidos desde otras fuentes a través del transporte marítimo.
Una vez separado del petróleo crudo, el propano norteamericano se almacena en enormes cavernas de sal . Ejemplos de ellos son Fort Saskatchewan , Alberta ; Mont Belvieu, Texas ; y Conway, Kansas . Estas cavernas de sal [54] pueden almacenar 80.000.000 de barriles (13.000.000 m 3 ) de propano.
En octubre de 2013 [actualizar], el costo minorista del propano era de aproximadamente $2,37 por galón, o aproximadamente $25,95 por 1 millón de BTU. [55] Esto significa que llenar un tanque de propano de 500 galones, que es lo que generalmente requieren los hogares que usan propano como su principal fuente de energía, cuesta $948 (80% de 500 galones o 400 galones), un aumento del 7,5% con respecto al 2012. –Precio promedio de la temporada de invierno de 2013 en EE. UU. [56] Sin embargo, los costos de propano por galón cambian significativamente de un estado a otro: la Administración de Información Energética (EIA) cotiza un promedio de $2,995 por galón en la costa este para octubre de 2013, [57] mientras que la cifra para el Medio Oeste fue de $1,860 para el mismo período. [58]
En diciembre de 2015, [actualizar]el costo minorista del propano era de aproximadamente $1,97 por galón. [59] Esto significa que llenar un tanque de propano de 500 galones al 80% de su capacidad cuesta $788, una disminución del 16,9% o $160 menos que la cotización de noviembre de 2013 en esta sección. Existen diferencias regionales similares en los precios con la cifra de la EIA de diciembre de 2015 para la costa este de $2,67 por galón y el Medio Oeste de $1,43 por galón. [59]
En agosto de 2018, [actualizar]el costo minorista promedio del propano en EE. UU. era de aproximadamente $2,48 por galón. El precio mayorista del propano en los EE. UU. siempre baja en el verano, ya que la mayoría de los hogares no lo necesitan para calentarse. El precio mayorista del propano en el verano de 2018 estuvo entre 86 centavos y 96 centavos por galón estadounidense, basado en un camión o un vagón de ferrocarril. El precio de la calefacción doméstica era exactamente el doble; a 95 centavos por galón al por mayor, el precio de entrega a domicilio era de $1,90 por galón si se pedían 500 galones a la vez. Los precios en el Medio Oeste siempre son más baratos que los de California. Los precios de la entrega a domicilio siempre suben a finales de agosto o los primeros días de septiembre, cuando la gente empieza a pedir que llenen los depósitos de sus casas. [60]
De manera similar, los nombres conservados "etano", "propano" y "butano" nunca fueron reemplazados por nombres sistemáticos "dicarbano", "tricarbano" y "tetracarbano", como se recomienda para los análogos de silano, "disilano"; fosfano, 'trifosfano'; y sulfano, 'tetrasulfano'.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace ){{cite journal}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link){{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)El propano es un asfixiante simple y no presenta un riesgo IDLH en concentraciones por debajo de su límite explosivo inferior (LEL). El IDLH elegido se basa en el LEL de 21.000 ppm redondeado a la baja a 20.000 ppm.
