Puterea calorică a diferitelor tipuri de combustibil: compararea combustibilului după puterea calorică + tabel de putere calorică

Când o anumită cantitate de combustibil arde, se eliberează o cantitate măsurabilă de căldură. Conform Sistemului Internațional de Unități, valoarea se exprimă în Jouli pe kg sau m³. Dar parametrii pot fi calculați și în kcal sau kW. Dacă valoarea se raportează la unitatea de măsură a combustibilului, se numește specifică.

La ce influențează puterea calorică a diferitelor combustibili? Care este valoarea indicatorului pentru substanțe lichide, solide și gazoase? Răspunsurile la întrebările menționate sunt detaliate în articol. În plus, am pregătit un tabel care arată puterea calorică specifică a materialelor – această informație va fi utilă atunci când alegeți un tip de combustibil cu energie ridicată.

Informații generale despre puterea calorică

Eliberarea de energie la ardere trebuie caracterizată de doi parametri: randament ridicat și absența producerii de substanțe nocive.

Combustibilul artificial se obține în procesul de prelucrare a celui natural – combustibil biologic. Indiferent de starea de agregare, substanțele au în compoziția lor chimică o parte combustibilă și una necombustibilă. Prima este carbonul și hidrogenul. A doua constă din apă, săruri minerale, azot, oxigen, metale.

După starea de agregare, combustibilul se împarte în lichid, solid și gaz. Fiecare grup se ramifică suplimentar în subgrup natural și artificial (+)

La arderea a 1 kg dintr-un astfel de «amestec» se eliberează o cantitate diferită de energie. Câtă energie exact se va elibera depinde de proporțiile elementelor menționate — partea combustibilă, umiditatea, conținutul de cenușă și alte componente.

Puterea calorică a combustibilului (PCC) este formată din două niveluri — superior și inferior. Primul indicator se obține datorită condensării apei, în al doilea acest factor nu este luat în considerare.

PCC inferioară este necesară pentru calculele necesarului de combustibil și a costului acestuia, cu ajutorul acestor indicatori se întocmesc bilanțuri termice și se determină randamentul instalațiilor care funcționează pe combustibil.

PCC poate fi calculată analitic sau experimental. Dacă compoziția chimică a combustibilului este cunoscută, se aplică formula Mendeleev. Metodele experimentale se bazează pe măsurarea efectivă a căldurii la arderea combustibilului.

În aceste cazuri, se utilizează o bombă specială pentru ardere – bombă calorimetrică, împreună cu un calorimetru și un termostat.

Particularitățile calculelor sunt individuale pentru fiecare tip de combustibil. Exemplu: puterea calorică în motoarele cu ardere internă se calculează pe baza valorii inferioare, deoarece în cilindri lichidul nu se condensează.

Puterea calorică se determină cu ajutorul unei bombe calorimetrice. Oxigenul comprimat este saturat cu vapori de apă. În acest mediu se plasează o probă de combustibil și se determină rezultatele.

Fiecare tip de substanță are propria sa putere calorică datorită particularităților compoziției chimice. Valorile diferă semnificativ, intervalul de variație fiind de 1 000–10 000 kCal/kg.

Comparând diferite tipuri de materiale, se utilizează conceptul de combustibil convențional, care se caracterizează printr-o putere calorică inferioară de 29 MJ/kg.

Puterea calorică a materialelor solide

În această categorie intră lemnul, turba, cocsul, șisturile bituminoase, combustibilul sub formă de brichete și pulbere. Componenta principală a combustibilului solid este carbonul.

Caracteristicile diferitelor esențe de lemn

Eficiența maximă a utilizării lemnului de foc se atinge cu respectarea a două condiții – uscăciunea lemnului și un proces lent de ardere.

Bucățile de lemn se taie sau se despică în segmente de până la 25-30 cm lungime, pentru ca lemnul de foc să fie încărcat comod în focar.

Ideale pentru încălzirea cu sobă cu lemne sunt bucățile de stejar, mesteacăn și frasin. Păducelul și aluna au, de asemenea, caracteristici bune. În schimb, speciile de conifere au o putere calorică scăzută, dar o viteză mare de ardere.

Cum ard diferitele specii:

1. Fagul, mesteacănul, frasinul, aluna sunt greu de aprins, dar pot arde umede datorită conținutului scăzut de umiditate.
2. Arinul și plopul tremurător nu formează funingine și „știu” să o îndepărteze din coșul de fum.
3. Mesteacănul necesită o cantitate suficientă de aer în focar, altfel va fumega și va depune rășină pe pereții coșului.
4. Pinul conține mai multă rășină decât molidul, de aceea scânteie și arde mai fierbinte.
5. Părul și mărul se despică mai ușor decât altele și ard excelent.
6. Cedrul se transformă treptat în cărbune mocnit.
7. Vișinul și ulmul fumeagă, iar platanul este greu de despicat.
8. Teiul și plopul ard repede.

Indicatorii puterii calorice a diferitelor specii depind în mare măsură de densitatea speciilor respective. 1 metru cub de lemn de foc este echivalent cu aproximativ 200 de litri de combustibil lichid și 200 m³ de gaze naturale. Lemnul și lemnul de foc se încadrează în categoria cu eficiență energetică scăzută.

Influența vârstei asupra proprietăților cărbunelui

Cărbunele este un material natural de origine vegetală. Se extrage din roci sedimentare. Acest combustibil conține carbon și alte elemente chimice.

Pe lângă tip, puterea calorică a cărbunelui este influențată și de vârsta materialului. Lignitul aparține categoriei tinere, urmat de cărbunele de piatră, iar cel mai vechi este considerat antracitul.

Umiditatea este determinată și de vârsta combustibilului: cu cât cărbunele este mai tânăr, cu atât conținutul de umiditate este mai mare. Aceasta influențează, de asemenea, proprietățile acestui tip de combustibil.

Procesul de ardere a cărbunelui este însoțit de eliberarea de substanțe care poluează mediul înconjurător, grătarele cazanului acoperindu-se cu zgură. Un alt factor nefavorabil pentru atmosferă este prezența sulfului în compoziția combustibilului. Acest element, la contactul cu aerul, se transformă în acid sulfuric.

Producătorii reușesc să reducă la maximum conținutul de sulf din cărbune. Ca urmare, puterea calorică diferă chiar și în cadrul aceleiași specii. Geografia exploatării influențează, de asemenea, indicatorii. Ca și combustibil solid, nu poate fi folosit doar cărbunele pur, ci și zgura brichetată.

Cea mai mare capacitate combustibilă se observă la cărbunele cocsificabil. Cărbunele de piatră, cel de lemn, lignitul și antracitul au, de asemenea, caracteristici bune.

Caracteristicile peleților și brichetelor

Acest combustibil solid este fabricat industrial din diverse deșeuri lemnoase și vegetale.

Așchiile măcinate, coaja, cartonul, paiele sunt uscate și, cu ajutorul unui echipament special, transformate în granule. Pentru ca masa să capete un anumit grad de vâscozitate, i se adaugă un polimer – lignina.

Peleții se remarcă printr-un cost acceptabil, influențat de cererea ridicată și de particularitățile procesului de fabricație. Acest material poate fi utilizat numai în cazanele destinate acestui tip de combustibil.

Brichetele se deosebesc doar prin formă, ele putând fi încărcate în cuptoare și cazane. Ambele tipuri de combustibil se împart în funcție de materia primă: din lemn rotund, turbă, floarea-soarelui, paie.

Peleții și brichetele au avantaje semnificative față de alte tipuri de combustibil:

• ecologicitate completă;
• posibilitatea de depozitare în aproape orice condiții;
• rezistență la acțiuni mecanice și la ciuperci;
• ardere uniformă și îndelungată;
• dimensiunea optimă a granulelor pentru încărcarea în dispozitivul de încălzire.

Combustibilul ecologic reprezintă o alternativă bună la sursele tradiționale de căldură, care nu se regenerează și au un efect negativ asupra mediului. Însă peleții și brichetele se diferențiază printr-un pericol sporit de incendiu, lucru care trebuie luat în considerare la amenajarea locului de depozitare.

Dacă se dorește, se poate organiza fabricarea manuală a brichetelor combustibile, mai multe detalii – în acest articol.

Parametrii substanțelor lichide

Materialele lichide, la fel ca și cele solide, se descompun în următoarele componente: carbon, hidrogen, sulf, oxigen, azot. Raportul procentual se exprimă în masă.

Din oxigen și azot se formează balastul organic intern al combustibilului, aceste componente nu ard și sunt incluse în compoziție în mod condiționat. Balastul extern se formează din umiditate și cenușă.

O putere calorică specifică ridicată se observă la benzină. În funcție de marcă, aceasta este de 43-44 MJ.

Indicatori similari ai puterii calorice specifice se determină și la kerosenul de aviație – 42,9 MJ. În categoria liderilor după valoarea puterii calorice intră și motorina – 43,4-43,6 MJ.

Deoarece benzina are un PCS mai mare decât motorina, ar trebui să aibă un consum și un randament mai ridicate. Însă motorina este mai economică decât benzina cu 30-40%.

Valori relativ scăzute ale PCS caracterizează combustibilul lichid pentru rachete, etilenglicolul. Puterea calorică specifică minimă o au alcoolul și acetona. Indicatorii lor sunt semnificativ mai mici decât cei ai combustibilului tradițional pentru motoare.

Proprietățile combustibilului gazos

Combustibilul gazos este compus din oxid de carbon, hidrogen, metan, etan, propan, butan, etilenă, benzen, hidrogen sulfurat și alte componente. Acești indicatori se exprimă în procente volumice.

Cea mai mare putere calorică o are hidrogenul. Arzând, un kilogram de substanță eliberează 119,83 MJ de căldură. Însă acesta se caracterizează printr-un grad ridicat de pericol de explozie.

Indicatori ridicați ai puterii calorice se observă și la gazele naturale.

Acestea sunt de 41-49 MJ per kg. Dar, de exemplu, la metanul pur, puterea calorică este mai mare — 50 MJ per kg.

Tabel comparativ al indicatorilor

În tabel sunt prezentate valorile puterii calorice specifice masice ale varietăților de combustibil lichid, solid și gazos.

Din tabel se vede că cei mai mari indicatori ai PCS dintre toate substanțele, nu doar dintre cele gazoase, îi are hidrogenul. Acesta se încadrează în categoria combustibililor de înaltă energie.

Produsul arderii hidrogenului — apa obișnuită. În proces nu se eliberează zguri de ardere, cenușă, gaz carbonic și monoxid de carbon, ceea ce face substanța un combustibil ecologic curat. Însă este periculos de explozie și se caracterizează printr-o densitate scăzută, de aceea un astfel de combustibil este greu de lichefiat și transportat.

Concluzii și material video util pe această temă

Despre puterea calorică a diferitelor specii de lemn. Compararea indicatorilor în calcul pe m³ și kg.

PCS este cea mai importantă caracteristică termică și de exploatare a combustibilului. Acest indicator este utilizat în diverse domenii ale activității umane: motoare termice, centrale electrice, industrie, la încălzirea locuințelor și prepararea alimentelor.

Valorile puterii calorifice ajută la compararea diferitelor tipuri de combustibil în funcție de energia eliberată, la calcularea masei necesare de combustibil și la economisirea cheltuielilor.

Aveți ceva de adăugat sau aveți întrebări despre puterea calorifică a diferitelor tipuri de combustibil? Puteți lăsa comentarii la publicație și participa la discuții – formularul de contact se află în blocul inferior.