UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ Investigación de la Facultad de Ingeniera !u"ica
TE#A ETILENO $ PROPILENO
Catedra% Procesos petroquímicos Res&'nsa(le : Ledesma Mascaró Jaime William Catedr)tic'% Ever Ingaruca Álvarez Lugar de e*ecución% Huancao Se"estre%
!
Huancao" #$ril de %&'(
') +NDICE ))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))) % ,- +NDICE))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))))))))))))))))) * .- #AR ARC CO TE/ TE/RICO ICO))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))) * .-,.-,- PROP PROPILE ILENO NO 0PRO 0PROPE PENO1 NO1-- )))))))))))))))))))) .-,-, .-,-,-- O2TENC O2TENCI/ I/N N DE PROPI PROPILE LENO NO-- ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))* ))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))* ))))))))* .-,-,-,.-,-,-,- &r'ces's &r'ces's de cra3u cra3ue' e' t4r" t4r"ic'ic'-)))))))))))))))))))) .-,-,-,-,- )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) Es3ue"a del crac5er t4r"ic'* .-,-,-,-.- ))))Pr'ducción de &r'&ilen' "ediante cra3ue' c'n va&'r + .-,-,-,-6- ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) Cra3ue' de etan' 7 &r'&an'+ .-,-,-,-8- ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) #et)tesis de la 'le9na, .-,-,-..-,-,-.- &r'ces's &r'ces's de de re9nera re9nera%% su(&r'du su(&r'duct'ct'-)))))))))))))))))))))))))))))))))))))), .-,-,-.-,- )))))))))))))))))))))))))))))))))) Pr'ducción de &r'&ilen' en re9nera , .-,-,-.-.- ))))))))))) Cra3ue' cataltic' lec:' ;uid' 0FCC1 de gasóle's, .-,-,-.-6- )))))))))Cra3ue' Utili
Na?ta, .-,-,-6.-,-,-6- El &r'ces &r'ces' ' #TO 0#et: 0#et:an'l an'l t' Ole9ns Ole9ns11 ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))) @as de sntesis.-,-,-6-,- )))))))))))))))))))))) . )))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))) )))))))))))) Pr'ces' #TO .-,-,-6-.- )))))))))))))))))))))) / )))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))'& )))))))))))))'& .-,-,-8.-,-,-8- Des:idr' Des:idr'gena genación ción del &r'&i &r'&ilen' len')))))))))))))))))))) .-,-,-8-,- ))))))))))))))) E?ect' de la te"&eratura en la des:idr'genaci'n '' .-,-,-.-,-,-- Des:idr' Des:idr'gena genaci'n ci'n catal cataltica tica del &r'&an &r'&an' ' )))))))))))))))))))))))))))'% .-,-..-,-.- LAS PROPIE PROPIEDADE DADES S F+SICAS F+SICAS $ !U+#ICAS !U+#ICAS DEL DEL PROPILE PROPILENO NO ))))))'% .-,-. .-,-.-,-,- Códig Códig' ' NFP NFPA-)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))'% .-,-6 .-,-6-- USOS USOS DEL DEL PROP PROPILE ILENO NO-- )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))'% .-,-8.-,-8- PORCENT PORCENTABE ABE DE PRODUCT PRODUCTOS OS O2TENIDO O2TENIDOS S USANDO USANDO )))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))) ))))))) '* DIFERENTES CAR@AS))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))) )))))))))))) '+ .-.- ETILENO))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))) ))))))))'+ '+ .-.-, .-.-,-- PROP PROPIED IEDADE ADES S DEL ETIL ETILEN ENO O )))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))) ))))))))))'+ '+ .-.-..-.-.- Usad' Usad' c'"' c'"' "ateria "ateria &ri"a &ri"a &ara))))))))))))))))))))) )))))))))))))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))))))))))))))))))))'+ ))))))))))))))))))))))))))))'+ .-.-6 .-.-6-- Pr'du Pr'ducci cción ón de etil etilen en' '))))))))))))))))))))) .-.-6-,.-.-6-,- El &r'ces' &r'ces' de &r'ducc &r'ducción ión de etilen' etilen' a &artir &artir de na?ta na?ta )))))'(
.-.-6-,-,- )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) @as'lina natural '( .-.-6-.- Reacci'nes de crac5ing 7 c'5ing))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))'( .-.-6-6- Pr'ces' de &r'ducción a &artir de etan'))))))))))))))))))))))))))))'( .-.-6-6-,- )))))))))))))))))))))))))))))))))))))) Pr'ces' de crac5ing en ?ase va&'r ', .-.-6-8- @ases de re9nera))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) ', .- #ARCO TE/RICO .-,- PROPILENO 0PROPENO1El &r'&ilen' o &r'&en' 0H%121H31H*4 es un 5idrocar$uro perteneciendo a los alquenos" incoloro e inodoro) Es un 5omólogo del etileno) 1omo todos los alquenos presenta el do$le enlace como grupo 6uncional) El grupo 6uncional alilo es un grupo alqueno con la 6órmula 1H721H81H78) Est9 compuesto por un grupo vinilo 1H721H8" enlazado a un grupo metilo 81H78) Por eemplo el alco5ol alílico que tiene la estructura 1H721H81H78;H) Las principales reacciones en que interviene el propileno consisten en reacciones de polimerización" de adición electró
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H1 oleu almacenamiento transporte en condiciones criog?nicas resultan m9s 69ciles que con el etileno) Esta ole
.-,-,-O2TENCI/N DE PROPILENOEl propileno se puede o$tener de varias 6ormas tanto de petróleo" gas natural" etc)
.-,-,-,- &r'ces's de cra3ue' t4r"ic'.-,-,-,-,-
Es3ue"a del crac5er t4r"ic'-
.-,-,-,-.-
Pr'ducción de &r'&ilen' "ediante cra3ue' c'n va&'r
Curante el proceso de craqueo con vapor de 5idrocar$uros" el propileno se separa por destilación de la 6racción 1*" compuesta por propano" propileno otros componentes menores) En la torre 1*" el propileno se separa por ca$eza de la columna" mientras que por 6ondo se separa una mezcla rica en propano) El tamaDo de la columna varía segn el grado de pureza $uscado para el propileno 0el grado polim?rico requiere maor nmero de platos4)
.-,-,-,-6-
Cra3ue' de etan' 7 &r'&an'-
>e produce tanto etileno como propileno por pirolisis a altas temperaturas) El craqueo de etano da mu poco propileno" el craqueo de propano produce tanto etileno como propileno) El proceso de pirolisis empleado es el de temperaturas medias de (&& a .&& F1) Go es e
.-,-,-,-8-
#et)tesis de la 'le9na-
C 2 H 4 + C 4 H 8 ↔ 2 C 3 H 6
.-,-,-.- &r'ces's de re9nera% su(&r'duct'.-,-,-.-,-
Pr'ducción de &r'&ilen' en re9nera
En re
.-,-,-.-.-
Cra3ue' cataltic' lec:' ;uid' 0FCC1 de gasóle's-
En la re
.-,-,-.-6-
Cra3ue' Utili Na?ta-
Ce na6tas que pasa recuperación de productos puri
.-,-,-6- El &r'ces' #TO 0#et:an'l t' Ole9ns1
•
•
El metanol se convierte principalmente en ole
.-,-,-6-,-
@as de sntesis-
La producción de metanol se $asa principalmente en la reacción del monó@ido de car$ono e Hidrogeno) 1; 0g4%H%N1H*;H 0l4 En un grado de e6ecta tam$i?n la conversión de dió@ido de car$ono 1;% 0g4 *H%N1H*;H 0l4 H%; 0l4 Por lo tanto de acuerdo a la proporción de 1; 1;%" la mezcla gaseosa requerida para la conversión de$e tener una razón molar de 5idrogenoBcar$ono entre % *) Cic5o gas puede ser o$tenido" mediante la o@idación parcial" re6ormado con vapor" re6ormado auto t?rmico o re6ormado com$inado)
#ateria &ri"a Oidación &arcial
C'ndici'n es de '&eració n H1 líquidos8 ,&8/& $ar solidos /(&8 '%(&F1
Caractersticas &rinci&ales
Relación de =.CO
La alimentación 8%)%( requiere alta severidad en la
Re?'r"ad' c'n va&'r
=as natural .8%( $ar 1' a 1+ .&&8 '&&&F1
=as %&8-& $ar Re?'r"ad' .(&8 aut' t4r"ic' natural" 5idrocar$ur ''&&F1 os pesados8 na6ta
Re?'r"ad' c'"(inad'
.-,-,-6-.-
=as *(8+& $ar natural" -&&8.&&F1 ligeros" H1 líquidos8 solido
operación Otil para operar con gas natural" puede ser usado para H1 pesados8Ga6ta Go requiere com$usti$le e@terno en su proceso" e@i$ilidad en la selección de alimentación) 1om$inación el re6ormado con vapor el re6ormado autotermico) Aequiere un menor consumo de vapor respecto a otros procesos" disminuendo la inversión)
* a reciclado 1;%2% a *
+
8%)( a *)( Aeciclado 1;%2&).
8%)&%
Pr'ces' #TO
El proceso M; 0Met5anol to ;le
.-,-,-8- Des:idr'genación del &r'&ilen' C H 3 CH 2 CH 3 →CH 2=CH CH 3 + H 2
El proceso tam$i?n podría ser utilizado para des5idrogenar $utano" iso$utano" o =LP mi@ta alimenta) Es un sistema de una sola etapa que opera a un intervalo de temperatura de (+&8,.& F 1 (8%& presiones a$solutas) 1onversiones en el rango de ((8,(K son alcanza$les" selectividades pueden alcanzar 5asta /(K) Muestra el Lummus8cresta cato
ig: El proceso de des5idrogenación cato
.-,-,-8-,-
E?ect' de la te"&eratura en la des:idr'genaci'n
Ig: E6ecto de la temperatura so$re la des5idrogenación de para
.-,-,-- Des:idr'genaci'n cataltica del &r'&an' iene lugar de acuerdo a la siguiente reacción: C 3 H 8 ↔ C 3 H 6 + H 2
El catalizador0Qa4 empleado es el ó@ido de cromo 3 almina se 6avorece a $aas presiones altas temperaturas >e puede tra$aar con LP= comercial en lugar de propano puro" cua composición de propano es de ,,"(K pero tam$i?n contiene etano '"+K" i8$utano ',",K n8$utano '("(KT por lo que se pueden producir adem9s de propileno otras sustancia como $utilenos)
.-,-.-LAS PROPIEDADES F+SICAS $ !U+#ICAS DEL PROPILENO U U U U U U U U U U U U
Censidad del gas a '(F1" ' atm: '"-. VgBm* 0&)''' l$B6t*4 Censidad relativa de gas a '(F 1 0(/F 4" ' atm: '"+-, Punto de e$ullición a ' atm: 8+-"-%F 1 08(*"., 4 Punto de 6usión a ' atm: 8'.("%(F 1 08*&')+( 4 Peso molecular: +%"&.& Xolumen especi
U U
Presión crítica: +"+- MPa Límites de e@plosividad en el aire:%"% 3 '&"& K
.-,-.-,- Códig' NFPAU U U U
>alud: ' YLigeramente riesgosoZ Inama$ilidad: + YE@tremadamente inama$leZ Aeactividad: & YEsta$leZ ipo de 1one@ión: 1=# *(&)
.-,-6-USOS DEL PROPILENOLa producción anual de propileno en el aDo %&'& 6ue apro@imadamente de -& millones de toneladas) La distri$ución apro@imada del consumo de propileno en la industria química es la siguiente:
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,& K Polipropileno 0pl9stico4) [l es derivado que 5a e@perimentado un maor crecimiento en los ltimos aDos) / K #crilonitrilo" utilizado como <$ra sint?tica para la o$tención de resinas termopl9sticas 0#\>" >#G" #>#4" cauc5os especiales 0G\A4 otros derivados) - K ]@ido de propileno" intermedio para la o$tención del propilenglicol" polipropo@idados otros productos) - K Cerivados o@o" $utiralde5ído n8$utanol) , K 1umeno" intermedio para la o$tención de 6enol acetona) % K #lco5ol isopropílico" disolvente intermedio para la o$tención de acetona) / K ;tras aplicaciones 0epiclor5idrina" cloruro de alilo" etc)4)
.-,-8-PORCENTABE DE PRODUCTOS O2TENIDOS USANDO DIFERENTES CAR@AS 1argas usadas en la desintegradora t?rmica Productos Etano Propano $utano en K Etileno .& +, +& Propileno % '' ', =asolina ' , rica en arom9ticos =ases '% %. %% ligeros Metano"
Ga6ta
=asóleo
** '& %&
%. '% '-
'/
'%
5idrogeno \utilenos 1om$ustóle os
' '
( '
'& %
. (
. '/
El cuadro ilustra la inuencia que tienen las di6erentes cargas usadas en la desintegradora t?rmica so$re la 6ormación distri$ución de sus productos) Pero ^cómo separar a las olee 5ace 6ísicamente" sometiendo los gases que salen del proceso de desintegración a una serie de separaciones por medio de columnas de destilación) En esta
.-.- ETILENO El etileno o eteno es un compuesto químico org9nico" la mol?cula es plana est9 6ormada por cuatro enlaces simples 18H un enlace do$le 121 todos los 9tomos est9n en el mismo plano" que le impide rotar e@cepto a altas temperaturas) El 9ngulo entre los dos enlaces car$ono85idrógeno es de ''-F" mu pró@imo a los '%&F correspondientes a una 5i$ridación sp`) Es un gas que se almacena transporta con di
.-.-,-PROPIEDADES DEL ETILENO
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Estado de agregación: =as #pariencia: Incoloro Censidad: ')'-.& QgBm* Masa molar: %.)&( gBmol Punto de 6usión: '&+Q 08',/F14 Punto de e$ullición: ',/)( Q 08'&+F14 emperatura critica: %.%)/ Q 0'&F14 Presión critica: (&)- atm
.-.-.-Usad' c'"' "ateria &ri"a &ara • • • • •
(&K PE\C) '.K cloruro de Xinilo 0PX14) '%K ]@ido de Etileno 0=licoles4) .K Etil$enceno 0Estireno4) '%K Cerivados Civersos)
.-.-6-Pr'ducción de etilen' En Estados nidos las materias primas pre6eridas para la producción de etileno son el etano 0*-"*K4 la na6ta 0%/",K4" mientras que el propano representa solo un '.K) una proporción menor proveniente del gas natural 0etano" propano" etc)4
.-.-6-,- El &r'ces' de &r'ducción de etilen' a &artir de na?ta .-.-6-,-,-
@as'lina natural
Menor producción de etileno" aunque aumenta signi
FLOS=EET% De una &lanta de &r'ducción de etilen' a &artir de na?ta .-.-6-.- Reacci'nes de crac5ing 7 c'5ing Las reacciones de cracVing son principalmente rupturas de enlace necesitan de una cantidad sustancial de energía para producir ole
.-.-6-6- Pr'ces' de &r'ducción a &artir de etan' La para
La reacción es altamente endot?rmica" entonces se ve 6avorecida a temperaturas elevadas presiones $aas) >e emplea vapor so$recalentado para reducir la presión parcial de los 5idrocar$uros reaccionantes 0en este caso" etano4) El vapor so$recalentado tam$i?n reduce los depósitos de car$ón que se 6orman por la pirolisis de los 5idrocar$uros a altas temperaturas) Por eemplo" la pirolisis del etano produce car$ón e 5idrogeno) CH 3 CH 3 → 2 C + 3 H 2
El etileno tam$i?n puede pirolizar de la misma manera) #dicionalmente" la presencia de vapor de agua como diluente reduce las c5ances de los 5idrocar$uros de entrar en contacto con las paredes de los tu$os del reactor) Los depósitos reducen la trans6erencia de calor a trav?s de los tu$os del reactor" pero el vapor reduce este e6ecto reaccionando con los depósitos de car$ón 0reacción de re6ormado con vapor4)
.-.-6-6-,-
Pr'ces' de crac5ing en ?ase va&'r
n cracVer típico de etano tiene varios 5ornos de pirolisis en los cuales la alimentación 6resca de etano etano reciclado son craqueados con vapor como diluente)
La
.-.-6-8- @ases de re9nera 1ontienen cantidades aprecia$les de etileno que se puede recuperar como producto) El etanol propano se pueden recuperar utilizarse como alimentación para aumentar la producción de etileno) 1uando se utilizan gases de re
FI@% Es3ue"a de ?racci'na"ient' de crud' .-.-6-- Pr'ces' de &r'ducción de etilen' a &artir de Pr'&an' Maor cantidad de su$productos comparado con el etano)
.-.-6-- Pr'ces' de &r'ducción de etilen' a &artir de 2utan's #ctualmente el n8$utano se utiliza como alimentación en relativamente pocas instalaciones comerciales) El iso$utano comnmente no se utiliza como alimentación a que los rendimientos a etileno son comparativamente $aos) El iso$utano puede ser una alimentación atractiva si se pre
Na?tas racción petrolera cuos componentes m9s livianos tienen ( 9tomos de car$ono" cuo punto e clasi
@asóle's
>e utilizan como alimentaciones petroquímicas de$ido a la poca o6erta de na6ta a la producción en e@ceso de 6racciones petroleras pesadas) n pro$lema que ocasiona su uso es el contenido de azu6re" que es usualmente mu alto)
Crud's El incremento del precio de la na6ta 5a llevado a considerar el craqueo directo de crudo" sin someterlo a 6raccionamiento) Esta alternativa presenta muc5os pro$lemas tecnológicos" de$ido principalmente a lo complea de la alimentación) Entre ellos el alto contenido de cenizas 0de &)&' a &)' K en peso4" el alto contenido de as69ltenos 05asta %&K en peso4" la desul6uración previa de$ido al alto contenido de azu6re 0&)' a ()&K en peso4 la $aa relación HB1 0')+8')/4) Esto lo 5ace una alimentación que es mu mala para la producción de etileno) #dem9s" an si se seleccionan crudos para6ínicos" se 6orman grandes cantidades de coque" lo que 5ace que la decoquización sea 6recuente" se 6orman muc5os su$productos 5aciendo necesario los reciclos) # pesar de estas limitaciones" se 5an desarrollados procesos que utilizan crudos o alimentaciones pesadas" tales como crudos completamente desas6altados" para la producción de etileno)
6-,-
*) DESCRIPCI/N DE PROCESOS DESCRIPCI/N DE PROCESO DE PLANTA DE NAFTA A OLEFINAS
Producción de etileno en la planta de na6ta por craqueo t?rmico en presencia de dió@ido de car$ono vapor)
Intr'ducción El etileno es uno de los pilares 6undamentales de la industria petroquímica de construcción) Esta sustancia inama$le con su mol?cula no polar es un producto intermedio ideal en el proceso de producción de di6erentes productos químicos tales como polietileno acetato de vinilo de$ido a su alta pureza $ao costo de producción) #dem9s" el etileno reacciona con otros componentes de $ao costo" tales como el o@ígeno el agua produce sustancias químicas tiles) La producción de etileno tiene el maor volumen entre otros petroquímicos de $ase importantes" por lo que incluso una pequeDa meora en este proceso puede meorar signi
DESCRIPCI/N El craqueo t?rmico es un proceso endot?rmico en el que las mol?culas grandes se dividen en otras m9s pequeDas) 1omo se mencionó anteriormente" en este artículo se estudia el 6uncionamiento del cracVer de líquido en la planta de
ole
I=: n típico plantas de craqueo utilidades de separación)
#ODELO CINGTICO Ha varios esquemas reportados para la pirólisis de na6ta en la literatura) En este estudio" se propone un conunto de %& reacciones moleculares $asado en el m?todo utilizado por =ao et al) Para la pirólisis de na6ta -b) La razón principal para la elección de este modelo es que las propiedades de na6ta utilizados en este estudio es casi la misma que la na6ta en ese modelo) Este esquema de reacción contiene ' reacción primaria '/ reacciones secundarias) >egn este modelo" las siguientes reacciones se consideran: nafta → 0.5 H 2 + 0.76 CH 4 + 1.16 C 2 H 4 + 0.13 C 2 H 6 + 0.38 C 3 H 6 + 0.09 C 3 H 8 + 0.008 C 4 H 10+ 0.245 C 4 H 8 + 0.1
6-.- PROCESO 0#TP1 na comparación entre los reactores monolíticos envasados al azar para la conversión de metanol para proceso de propileno 0MP4 se 5a presentado en este tra$ao por modelado simulación $asada en modelos de reactores adia$9ticos 5eterog?neos" incluendo las interacciones de trans6erencia de masa calor reacciones químicas entre el gas 6ases catalizador dentro de la 6ase de catalizador) Aesultados de la simulación mostraron que el catalizador monolítico intensi
catalizador monolítico es cinco veces menor que el catalizador de pellet al azar en un reactor adia$9tico) Por otra parte" la maor densidad celular la pared m9s delgada del monolito producen la conversión de metanol propileno maor selectividad)
Cra3ue' a va&'r 7 cra3ue' cataltic' ;uid' 0FCCs1Los desarrollados a nivel industrial son el de lec5o <o lec5o uidizado" en general se acepta que las vías de reacción comprenden varias etapas de reacción consecutivas que comienzan con la des5idratación de metanol a dimetil?ter 0CME4 agua" seguido por su posterior des5idratación para 6ormar ole
DESCRIPCI/N En un proceso de Lurgi MP" varias corrientes que contienen oleM8( es generalmente de entre ,&& ')&&& 5 en el proceso de Lurgi MP" en comparación con los varios minutos para el proceso M; usando el catalizador de zeolita >#P;8*+" el reactor se simula en la constante condiciones 3Estado
I=: Ciagrama esquem9tico de un proceso de Lurgi MP ME)
8- 2I2LIO@RAF+A H
Al?red' ?riedlander 0Industriali PDF1
H
#arc' Ant'ni' Calle #artne< 0Pr'7ect's &etr'3u"ic's> PDF 1
H
Linde 0=OBA DE SE@URIDAD DEL #ATERIAL> PD?1
H
Tecn'l'ga Industrial 0&r'&ilen'- PDF1
H
:tt&%(i(li'tecadigital-ilce-edu-"sitescienciav'lu"en,cienc ia.6:t"lsecJ,6-:t"l
H
:tt&%revista&etr'3ui"ica-c'"&etr'3ui"icaKcu7'KinvierteK &araKelevarKlaKrecu&eraci'nKdeK&r'&ilen'
