CAMPO DE APLICAÇÃO

O presente pedido de patente propõe um dispositivo economizador de gás que é destinado a ser instalado ao longo de uma tubulação de suprimento de gás que alimenta um fogão preferencialmente, porém não exclusivamente, do género que engloba os fogões de uso comercial/industrial.

Alternativamente, o dispositivo economizador de gás ora tratado pode também ser instalado em uma tubulação de suprimento de gás que alimenta um fogão do género que engloba os fogões de uso residencial, ou ainda pode ser dimensionado para ser instalado em uma tubulação de suprimento de gás que alimenta, por exemplo, outros equipamentos, tais como aquecedores de água residenciais, aquecedores industriais de diversos tipos, caldeiras, etc.

PREÂMBULO

O presente pedido de patente de invenção propõe um dispositivo economizador de gás que é destinado a ser montado ao longo de uma tubulação de suprimento de gás, sendo que tal tubulação de suprimento de gás pode ser destinada a alimentar tanto um fogão do tipo comercial/industrial, como também um fogão do tipo residencial ou outros equipamentos também baseados no consumo de gás.

O dispositivo economizador de gás aqui tratado tem como função primordial atuar diretamente no fluxo de gás de modo a produzir a sua estabilização em termos de pressão e vazão de modo a que esse fluxo de gás devidamente estabilizado possa então ser direcionado ao equipamento que irá proceder ao seu consumo, seja ele um fogão (do tipo comercial/industrial ou ainda residencial), um aquecedor de água residencial ou industrial (de diversos tipos), uma caldeira ou outro equipamento congénere.

ESTADO DA TÉCNICA

O estado da técnica atual contempla o uso diversos tipos de equipamentos alimentados com gás, entre os quais estão, por exemplo, os fogões que operam através da queima de GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), onde esse tipo de gás é armazenado em vasos de pressão popularmente denominados como botijões.

No botijão, o gás é mantido a alta pressão garantindo assim a manutenção de uma substancial parte do seu volume na forma líquida.

No caso de fogões de uso comercial/industrial, o botijão ou conjunto de botijões (bateria) é conectado a uma tubulação rígida que ruma para o fogão, contando essa tubulação, a partir do botijão ou conjunto de botijões (bateria), com um primeiro regulador de pressão, o qual é denominado como regulador de primeiro estágio.

À jusante em relação ao regulador de primeiro estágio, e no ponto mais adequado, é montada ainda ao longo da tubulação, uma válvula que permite obstruir totalmente, se necessário, o fluxo do gás que vem do botijão ou conjunto de botijões (bateria) isolando assim o armazenamento de gás e o equipamento que o consome.

À jusante em relação à válvula acima mencionada é então montado um segundo regulador de pressão denominado como regulador de segundo estágio, o qual é conectado a um mangote flexível, sendo tal mangote diretamente conectado ao fogão propriamente dito.

No caso de fogões de uso doméstico a instalação é substancialmente mais simples e normalmente emprega pelo menos um botijão de 13 kg (ou menor), o qual recebe a montagem de um regulador de pressão padrão, do qual parte então uma mangueira flexível que é diretamente conectada ao fogão.

No caso de instalações domésticas, além de não ser previsto um regulador específico para os primeiro e segundo estágios, posto que não há esse conceito de dois estágios, também não é comum a adoção de tubulação rígida ou de válvula para corte de fluxo em separado, posto que tal válvula já integra o regulador de pressão padrão na forma de um registro simples que pode ser movido entre as posições "aberto" e "fechado".

No que tange aos demais equipamentos alimentados com gás aqui citados e que incluem aquecedores de água residenciais, aquecedores industriais de diversos tipos, caldeiras e outros, não se tem conhecimento da adoção de qualquer tipo de dispositivo economizador de gás.

No que diz respeito particularmente às instalações domésticas, o estado da técnica atual contempla dispositivos que objetivam produzir economia no consumo de gás, sendo exemplo desse tipo de dispositivo o que é tratado no pedido de patente MU 8601753-5 U, depositado em 14/08/2006 e que tem por título "DISPOSITIVO DE CONTROLE E ECONOMIA DE GÁS".

O referido dispositivo de controle e economia de gás é destinado a ser montado entre o botijão de gás e o regulador de pressão a partir do qual parte a mangueira que é conectada, em seu extremo oposto, ao fogão. O dispositivo proposto compreende um corpo de válvula fabricado em alumínio ou outro material, sendo que tal corpo de válvula é feito em peça única e tem ao longo do seu eixo geométrico axial um canal de passagem de diâmetro reduzido.

Na sua extremidade inferior, o corpo de válvula do dispositivo conta com uma rosca que permite a sua fixação ao botijão, enquanto que na sua extremidade superior há uma outra rosca que permite a montagem do regulador de pressão padrão.

Derivando do canal de passagem que está posicionado ao longo do corpo de válvula do dispositivo há um segundo canal que termina em um local ao longo da parede do referido corpo de válvula, onde é montado então um manómetro com o qual a quantidade de gás contida dentro do botijão pode ser visualmente acompanhada.

O estado da técnica atual contempla ainda o dispositivo descrito no pedido de patente MU 9001139-2 U2, depositado em 28/05/2010 e que tem por título "DISPOSITIVO CONTROLADOR E ECONOMIZADOR DE GÁS", o qual propõe um dispositivo controlador e economizador de gás que tem por objetivo fazer com que a vazão do gás seja ideal para o cozimento, não deixando que flua uma quantidade maior do que a necessária para essa finalidade.

O referido dispositivo controlador e economizador de gás é constituído, basicamente, com um tubo controlador de gás definido como uma peça cilíndrica, monobloco, que apresenta rosca em seus dois extremos e contando internamente com um canal de passagem axial que apresenta, como sua principal característica, o fato de ter diâmetro reduzido.

PROBLEMAS DO ESTADO DA TÉCNICA

Os dispositivos propostos nos pedidos de patente acima citados são essencialmente blocos metálicos com pelo menos um canal axial de diâmetro reduzido através do qual o fluxo de gás é obrigado a passar. Assim sendo, esse tipo de construção, apesar de simples, produz, no máximo o efeito de restringir o fluxo de gás.

No tocante aos fogões do tipo comercial/industrial e ainda no que concerne aos aquecedores de água residenciais, aquecedores industriais de diversos tipos, caldeiras outros, o maior inconveniente verificado resulta na inexistência de dispositivos economizadores de gás que possam ser montados em conjunto com tais equipamentos e que efetivamente revertam, no seu uso, em algum valor de economia realmente comprovado.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO Diante do estado da técnica atuai, o pedido de patente de invenção ora apresentado objetiva propor um dispositivo economizador de gás que efetivamente altera a natureza do fluxo de gás que passa pelo seu interior produzindo assim sua estabilização com consequente efeito positivo na sua queima, posto que eleva a eficiência no consumo do gás.

Outro objetivo deste pedido de patente de invenção diz respeito a prover um dispositivo economizador de gás que possa ser utilizado no âmbito comercial/industrial no que tange a fogões normalmente utilizados nesses segmentos, mas que pode também ser facilmente convertido para uso em instalações que alimentam fogões de uso residencial.

É também mais um objetivo deste pedido de patente de invenção propor um dispositivo economizador de gás que pode ser utilizado em conjunto com outros equipamentos que operem pela queima desse combustível, tais como aquecedores de água de uso residencial, aquecedores industriais de diversos tipos, caldeiras e outros.

Consiste também em mais um objetivo deste pedido de patente de invenção propor um dispositivo economizador de gás que apresenta um projeto simples e funcional, que pode ser tanto utilizado em instalações alimentadas com GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), mas que também pode ser facilmente dimensionado e convertido para uso com GN (Gás Natural) e mesmo para uso com outras formulações de gás combustível utilizadas em outros países.

É ainda mais um objetivo deste pedido de patente de invenção prover um dispositivo economizador de gás que tanto pode ser posicionado na linha de alimentação do fogão (seja ele de uso comercial/industrial ou mesmo de uso residencial), sendo assim um item externo a esses tipos de equipamento, mas que pode ser facilmente incorporado à estrutura do fogão, passando assim a ser um item integrante do mesmo dispensando, por tal motivo, a sua montagem externa.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Diante do estado da técnica acima descrito e tomando como diretrizes os objetivos propostos, foi desenvolvido o dispositivo economizador de gás descrito neste pedido de patente de invenção, o qual inova por apresentar duas características fundamentais não previstas, por exemplo, nos dispositivos pertencentes ao estado da técnica, sendo elas a adoção de um terminal de entrada dotado com um injetor de entrada disposto de forma perpendicular ao sentido de fluxo do gás e em sequência uma câmara interna a ser ocupada pelo gás que passa pelo já citado injetor de entrada, câmara essa que atua como um "pulmão", onde o gás que passa pelo injetor de entrada encontra espaço para estabilizar seu fluxo no que concerne à sua pressão e vazão antes de seguir para o injetor de saída no seu caminho para o equipamento a ser alimentado, seja esse equipamento um fogão, um aquecedor, uma caldeira ou outro.

O dispositivo economizador de gás ora tratado é constituído por um corpo tubular dotado dê rosca interna em cada um dos seus dois extremos, sendo que pelo lado da entrada do gás é provido, no referido corpo tubular, um terminal de entrada, ao passo que pelo lado da saída do gás é provido, no mesmo corpo tubular, um terminal de saída.

Tanto o terminal de entrada, como também o terminal de saída contam, cada um, com um setor de rosca externa compatível com os setores de rosca interna incorporados nos extremos do corpo tubular.

O terminal de entrada apresenta um setor de rosca externa de maior diâmetro que termina em uma porção hexagonal, a qual, por sua vez, apresenta um setor de menor diâmetro também dotado de rosca externa.

Do extremo do setor de menor diâmetro dotado com rosca externa provido no terminal de entrada emerge uma projeção cilíndrica que conta com pelo menos uma abertura radial denominada como injetor de entrada, o qual tem comunicação interna com um canal axial denominado como duto de entrada provido ao longo do terminal de entrada.

O terminal de saída apresenta uma porção principal de configuração hexagonal, a qual tem continuidade em um setor de rosca externa compatível com o setor de rosca interna correspondente previsto no corpo tubular.

O referido setor de rosca interna que integra o terminal de saída conta com um canal de passagem denominado como injetor de saída que tem comunicação com uma cavidade tubular, onde é provido um setor de rosca interna.

A descrição feita acima define a essência do dispositivo economizador de gás ora tratado, o qual poderá ser facilmente dimensionado e convertido em função do tipo de equipamento, ou do gás utilizado.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS O dispositivo economizador de gás objeto deste pedido de patente de invenção será pormenorizadamente descrito com referência aos desenhos abaixo relacionados, nos quais:

A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva do dispositivo economizador de gás aqui tratado, vista essa que retrata, em primeiro plano, o seu terminal de entrada;

A figura 2 ilustra uma vista em perspectiva do dispositivo economizador de gás objeto deste pedido de patente de invenção, vista em perspectiva essa que retrata, em primeiro plano, o seu terminal de saída;

A figura 3 ilustra uma vista lateral do dispositivo economizador de gás aqui descrito;

A figura 4 ilustra uma vista do dispositivo economizador de gás, o qual é tomado pelo ângulo indicado segundo a seta "A" da figura 3 e que retrata a face frontal do seu terminal de entrada;

A figura 5 ilustra uma vista do dispositivo economizador de gás, o qual é tomado pelo ângulo indicado pela seta "B" da mesma figura 3 e que retrata a face frontal do seu terminal de saída;

A figura 6 ilustra uma vista em corte longitudinal do dispositivo economizador de gás ora apresentado, vista em corte essa que é tomada segundo a linha de corte "A"-"A" indicada na figura 2;

A figura 7 ilustra uma vista esquemática que retrata a montagem dos três componentes básicos que foram o dispositivo economizador de gás aqui proposto, sendo tais componentes o terminal de entrada, o corpo tubular (retratado em corte longitudinal) e o terminal de saída;

A figura 8 ilustra um corte longitudinal do dispositivo economizador de gás aqui proposto similar ao corte retratado na figura 6, onde está esquematicamente reproduzido o fluxo de gás que passa no interior do mesmo, fluxo de gás esse que apresenta-se turbulento ao passar pelo terminal de entrada, é estabilizado no "pulmão" definido no interior do corpo tubular e egue, já estabilizado, para o terminal de saída;

A figura 9 ilustra, esquematicamente, uma instalação de um fogão do tipo comercial/industrial, onde é montado um exemplar do dispositivo economizador de gás objeto deste pedido de patente de invenção;

A figura 9A ilustra um detalhe ampliado tomado da figura 9, tal como o indicado pela seta "C"; A figura 10 ilustra, esquematicamente, uma instalação de um fogão do tipo residencial, onde é montado um exemplar do dispositivo economizador de gás ora tratado; e

A figura 10A ilustra um detalhe ampliado tomado da figura 10, tal como o indicado peia seta "D".

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O dispositivo economizador de gás ora tratado é indicado, de modo geral, pela referência numérica 1 e é constituído por um corpo tubular 2, um terminal de entrada 3 e um terminal de saída 4.

O corpo tubular 2 conta, em relação aos seus extremos 5 e 6, com correspondentes setores de rosca interna 7 e 8, sendo que a porção central do mencionado corpo tubular 2 define, após a montagem dos terminais de entrada e saída, um espaço 9 que configura um "pulmão 10" cuja finalidade será descrita mais adiante.

O terminal de entrada 3 é uma peça monobloco que apresenta em sua estrutura uma primeira porção 11 que é definida como um setor cilíndrico de maior diâmetro 12 dotado com rosca externa 13; uma segunda porção 14 que é definida por apresentar uma configuração hexagonal 15; e uma terceira porção 16, que é definida como um setor cilíndrico de menor diâmetro 17 (de menor diâmetro em relação ao setor cilíndrico de maior diâmetro 12) dotado com rosca externa 18.

Da face circular 19 do setor cilíndrico de menor diâmetro 17 parte uma projeção cilíndrica axial 20, a qual apresenta um curto canal radial 21 que define uma abertura que atua como um injetor de entrada 22, o qual tem comunicação interna com um canal axial denominado como duto de entrada 23 posicionado ao longo do terminal de entrada 3.

Já o terminal de saída 4 é também uma peça monobloco que conta com uma primeira porção 24 que é definida por apresentar uma configuração hexagonal 25; e uma segunda porção 26 que é definida como um setor cilíndrico 27 dotado com rosca externa 28.

Internamente, a primeira porção 24 do terminal de saída 4 apresenta uma cavidade tubular 29 que conta com um setor de rosca interna 30.

A cavidade tubular 29 tem continuidade em uma porção cónica 31 , que termina em um canal axial 32 que define um injetor de saída 33. Tal como pode ser facilmente entendido através da observação das figuras 6, 7 e 8, o setor de rosca externa 18 do terminal de entrada 3 e o setor de roca 28 do terminal de saída 4 são definidos de modo a que tais terminas de entrada 3 e de saída 4 possam ser montados (rosqueados), respectivamente, nos setores de rosca interna 7 e 8 do corpo tubular para assim constituírem o dispositivo economizador de gás 1 na sua totalidade.

Tal como demonstrado pela figura 9, o dispositivo 1 pode ser montado em uma instalação para um fogão do tipo comercial/industrial F1 , o qual é alimentado por uma bateria de botijões B de grande capacidade, os quais são conectados a uma tubulação rígida T, onde estão montados ainda um regulador de primeiro estágio R1 , um regulador de segundo estágio R2 e válvulas de corte de fluxo V1 e V2.

A tubulação rígida T após o regulador de segundo estágio R2 é conectada a um mangote M, o qual, por sua vez é conectado ao dispositivo 1.

O dispositivo economizador de gás 1 , tal como demonstrado na figura 9 é externa e diretamente montado no fogão do tipo comercial/industrial F1 , tal como pode ser melhor observado na figura 9A.

Já a figura 10 demonstra o dispositivo economizador de gás 1 instalado em um fogão do tipo residencial F2, o qual recebe a montagem de uma unidade do dispositivo 1 que está conectado, por sua vez, a uma mangueira flexível MF que estabelece relação de acoplamento com um regulador de pressão padrão RP.

A figura 10A ilustra, em escala ampliada, a montagem do dispositivo economizador de gás 1 diretamente no fogão F2.

Nos dois exemplos de utilização retratados nas figuras 9 e 10, o dispositivo economizador de gás 1 é demonstrado como um componente que é externamente montado ao equipamento a ser alimentado com gás (fogões do tipo comercial/industrial e residencial), fato esse que não impede que o dispositivo economizador de gás 1 possa ser internamente incorporado a esses equipamentos já na linha de montagem.

Embora não sejam ilustrados, e tal como anteriormente mencionado, há outros tipos de equipamentos que podem ser beneficiados com a instalação do dispositivo economizador de gás 1 , caso dos aquecedores de água residenciais, os aquecedores industriais de diversos tipos, caldeiras e outros.

Em qualquer dos casos, o dispositivo economizador 1 aqui proposto opera sempre da mesma forma, ou seja, recebe o fluxo do gás que chega excessivamente turbulento vindo da tubulação de alimentação e promove a estabilização desse fluxo de gás.

Sabidamente a turbulência do gás induz ao mesmo uma condição que causa, em seu fluxo, variações de vazão e pressão, sendo tal fato incompatível com a obtenção de uma queima eficiente.

Essas variações de vazão e pressão geram oscilações para mais e para menos no fluxo, sendo as oscilações para mais possíveis de ser entendidas como picos.

Os picos no fluxo de gás representam eventos em que o volume de gás momentaneamente alimentado em excesso não representa, necessariamente, maior geração de calor. Em verdade, na prática, o gás que chega aos queimadores no momento de pico, ou seja o volume de gás que excede o fluxo normal é claramente desperdiçado, posto que não incrementa a queima.

A questão da turbulência do fluxo de gás pode ser entendida através da observação da figura 8, a qual retrata a chegada do fluxo de gás FG ao dispositivo 1 , onde esse fluxo passa inicialmente pelo duto de entrada 23, chegando então ao injetor de entrada 22. No trajeto através do duto de entrada 23 o fluxo turbulento FG do gás está representado pelas setas dispostas de forma desordenada.

Ao chegar ao injetor de entrada 22, o fluxo de gás FG encontra um caminho que o obriga a fazer um desvio abrupto de 90 graus em relação ao sentido de fluxo original, sendo então direcionado contra a parede interna do corpo tubular 2.

Ao passar pelo injetor de entrada 22, o fluxo de gás FG tende a ocupar o espaço 9 que atua como pulmão 10 definido no interior do corpo tubular 2.

Ao chegar ao pulmão 10, o fluxo do gás FG assume uma condição de estabilidade, a qual é representada pelas setas que assumem uma condição ordenada.

O fluxo de gás FG, tal como indicam as setas, chega ao injetor de saída 33 de modo mais ordenado, tal como pode ser também observado na referida figura 8.

A partir do injetor de saída 33 o fluxo de gás FG é então alimentado, já devidamente estabilizado, ao equipamento em que esse gás será consumido, seja ele um fogão do tipo comercial/industrial F1, um fogão do tipo residencial F2, um aquecedor de água do tipo residencial, um aquecedor industrial, uma caldeira ou outro tipo de equipamento.

As conexões pertencentes aos equipamentos aos quais o dispositivo economizador de gás 1 aqui tratado é acoplado não são detalhadamente retratadas, posto que não configuram aspecto inovador e pelo fato também de que não fazem parte da matéria ora reivindicada.

As roscas 13 e 30 que respectivamente fazem parte do terminal de entrada 3 e de saída 4 são retratadas de forma esquemática, posto que podem ser do tipo padrão ou mesmo podem ser facilmente adequadas a qualquer tipo de padrão específico normalmente utilizado nos equipamentos aos quais o dispositivo economizador de gás 1 venha a ser acoplado.

O pulmão 10 age no sentido de amortecer o fluxo de gás turbulento no que diz respeito aos eventos de pico transformando-o em um fluxo constante e mais orientado no momento em que esse fluxo chega ao injetor de saída 33, de onde esse mesmo fluxo passa do conector de saída 4 para a tubulação de entrada do fogão (o mesmo ocorrendo no caso de outros tipos de equipamentos alimentados com gás).

Tal como anteriormente dito, o fluxo de gás não estabilizado (turbulento) acaba por apresentar variações de pressão e vazão, problema esse que interfere na eficiência com que o gás é consumido no queimador do fogão (o mesmo valendo para outros tipos de equipamentos).

De forma inversa, o fluxo do gás estabilizado elimina tais variações de pressão e vazão e por esse motivo a queima do gás ocorre de forma mais eficiente.

Visando comprovar tal fato será a seguir apresentada uma tabela, onde um modelo genérico de fogão industrial foi comparado em duas situações de uso, sendo a primeira quando ainda não estava equipado com um exemplar do dispositivo economizador de gás 1 aqui proposto, enquanto que a segunda situação diz respeito ao mesmo fogão após ter sido equipado com o dispositivo economizador de gás 1.

Na tabela 1 abaixo retratada pode ser facilmente percebida a diferença em termos de consumo e eficiência.

No teste levado a efeito, foi utilizado um fogão industrial de seis bocas equipado com um regulador de pressão da marca "Aliança"® (50kg/h)

TABELA 1

Medição mm ³ Fervura Economia Eficiência Total

Sem o

127 158 segundos - - - dispositivo

Com o

114 108 segundos 10% 32% 42% dispositivo A tabela acima retrata um teste que foi levado a efeito em condições normais de utilização do fogão.

A coluna "Medição" expressa o volume de gás demandado para a obtenção da fervura de um volume de 600ml de água, sendo que no caso do fogão sem o presente dispositivo esse volume foi de 127 mm ³ de gás ao passo que com o dispositivo economizador de gás 1 já instalado, o mesmo fogão necessitou de somente 114 mm3. Obviamente o teste foi levado a efeito em condições normais de pressão e temperatura.

Essa redução no volume de gás necessário para produzir a fervura do mesmo volume de água representou, de forma direta, 10 % de economia, tal como expresso na coluna "Economia" da tabela 1.

Em termos do tempo necessário para a obtenção da fervura, este passou, tal como expresso na coluna "Fervura", de 02:38 minutos (158 segundos) para o fogão sem o dispositivo economizador de gás 1 para somente 1 :48 minuto (108 segundos), representando assim uma redução de aproximadamente 50 segundos.

Em termos da eficiência, o uso do dispositivo economizador de gás 1 , refletiu em um valor de 32%, tal como está expresso na a &'Bfàêrtiat' da tabela 1.

A coluna "Total" expressa, no caso do teste do fogão quando equipado com o dispositivo economizador de gás 1 , um valor de 42%, valor esse que resulta do seguinte cálculo:

1 -(114/127)=0, 1023=10.23% de ganho de economia 1-(108s/158s)=0,3164=31 , 64% de ganho de eficiência

10,23% + 31 ,64% = 41 ,87% de ganho total.

Tal como pode ser constado através dos dados contidos na tabela 1 , o dispositivo economizador de gás 1 aqui proposto não só reduziu o tempo necessário para a fervura do volume de água utilizado como padrão de comparação, como também reduziu efetivamente o volume de gás necessário para que esse volume de água atingisse o estágio de fervura apesar do menor tempo demandado.

Esses dois parâmetros de redução: tempo para fervura e volume de gás demandado demonstram que o dispositivo economizador de gás 1 objeto deste pedido de patente atua de forma efetiva e comprovada na economia não só do combustível (gás), como também do tempo necessário à produção do efeito desejado (no caso do teste acima comentado: elevar um dado volume de água ao estágio de fervura). 1

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Claro está que o fogão equipado com o dispositivo economizador de gás 1 ora tratado será mais eficiente no seu uso corriqueiro, ou seja, no preparo de alimentos diversos.

Como os ganhos de eficiência acima obtidos são relativos à ação direta do dispositivo economizador de gás não há motivos para não esperar que índices iguais ou até maiores possam ser obtidos quando o mesmo vier a ser utilizado com outros tipos de equipamentos.

O possível alcance do dispositivo economizador de gás aqui tratado pode ser aquilatado se tomado especificamente o caso do GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), combustível que em termos globais é consumido na ordem de aproximadamente 200 milhões de toneladas/ano. Nesse sentido, se o dispositivo economizador de gás aqui tratado viesse a ser implantado em larga escala, poderia representar uma economia que poderia chegar ao redor de 10% desse total, ou em outras palavras, poderia evitar a queima de até 20 milhões de toneladas/ano desse gás, com claros aspectos positivos sob o ponto de vista ambiental.