Combustibil

Un combustibil este un produs chimic care se oxidează în procesul de ardere , o reacție chimică de oxidare, producând energie termică. Combustibilii pentru motoarele termice cu aprindere prin scânteie ( ciclul Otto ) caracterizate prin volatilitate ridicată, precum benzina , se mai numesc și combustibili . Prin extensie, acele substanțe cu care se produce energie printr-o reacție nucleară se numesc combustibili nucleari .

Combustibili tradiționali

Energia chimică foarte concentrată se acumulează în structura unui combustibil tradițional, care în condiții normale din mediul nostru tinde să persiste practic, fără aproape nici o modificare. În condiții speciale de temperatură ridicată și prezență adecvată a substanței oxidante , are loc o reacție exotermă , adică cu producerea de căldură mai mult sau mai puțin violentă, care poate fi exploatată. Ca produs secundar al acestui proces de ardere, se obțin substanțe cu un nivel de energie mai scăzut, care sunt dispersate în mediu. Prin urmare, arderea este o reacție de oxidare în care combustibilul reacționează cu un combustibil: de departe cel mai comun combustibil este oxigenul din aer .

Distincția combustibililor

În raport cu starea fizică în care apar, combustibilii sunt clasificați în solid , lichid și gazos . O altă distincție importantă a combustibililor este între „natural” și „derivați”, în raport cu condițiile în care sunt utilizați: naturali (de exemplu: gaz metan ) dacă sunt utilizați așa cum se găsesc în natură sau derivați (de exemplu: benzină , GPL ) dacă sunt furnizate ca produse de transformare a combustibililor naturali sau a unor procese industriale particulare. Adică:

solide naturale: de ex. lemn, cărbune (turbă, antracit, litantraci) etc.
solide artificiale: de ex. cocs și cărbune
lichide naturale: de ex. ulei și bitum
lichide artificiale: de ex. benzină și alte distilate de petrol, alcool etc.
gaze naturale: de ex. metan
gaze artificiale: de ex. gaz iluminant, gaz de furnal, hidrogen (gaz de apă), acetil

Lichidele și solidele, aflate într-o stare de agregare diferită de reactantul gazos, dezvoltă arderi eterogene pentru care este necesar un contact strâns între părțile active chimic; în cazul gazelor și vaporilor lichizi, pe de altă parte, deoarece sunt sisteme omogene, procesul are loc prin amestecarea reactanților.

Valoare calorica

Același subiect în detaliu: valoare calorică .

O caracteristică cheie a oricărui combustibil este puterea calorică , care reprezintă cantitatea de căldură produsă de un kilogram de combustibil atunci când arde complet, cum ar fi hârtia.

În combustibilii tradiționali, elementele utile pentru ardere sunt în esență carbonul (C) și hidrogenul (H). De fapt, acestea au caracteristica de a dezvolta căldură în cantități considerabile, cu un nivel variabil de poluare a mediului. De fapt, prin reacția cu oxigenul din aer, hidrogenul este transformat în apă (H ₂ O), iar carbonul este transformat în dioxid de carbon (CO ₂ ) care nu este toxic, ci poluant (efect de seră).

Un alt element de ardere este sulful (S), care se găsește în cantități mici în combustibilii fosili tradiționali. În mod natural, contribuie pentru cantitatea sa mică la puterea calorică, dar produce dioxid de sulf (SO ₂ ), un gaz care irită respirația chiar și în concentrații mici și cu efecte poluante semnificative pentru mediu.

Atunci când se compară potențialul diferiților combustibili, trebuie acordată atenție unităților de măsură și condițiilor de referință. De fapt, ne referim de obicei la puterea calorică mai mică (Hi) pe unitate de masă (kg), dar pentru combustibilii gazoși, ne referim la puterea calorică mai mică pe metru cub , în condiții normale (Nm ³ ). Condițiile normale includ o temperatură de 0 ° C și o presiune atmosferică standard de 760 mmHg (1,013 bar ). Cu toate acestea, în tranzacțiile comerciale, este în schimb face trimitere la un standard de ³ m, care consideră că presiunea normală și o temperatură ambiantă de 15 ° C (uneori 20 ° C).

Puterea calorică mai mare (Hs) nu este aproape niciodată folosită. Dar trebuie avut în vedere faptul că tabelele chimice, care raportează bilanțurile energetice ale reacțiilor, se referă în mod normal la temperatura ambiantă de 25 ° C (298 K ), adică în condițiile în care toate puterile calorice superioare din combustibil ar fi exploatat.

În principiu, următoarele valori pot fi găsite pentru puterea calorică: