Valoare calorica

Puterea calorică este energia care poate fi obținută prin conversia completă a unei unități de masă a unui vector energetic în condiții standard .

Prin urmare, își măsoară valabilitatea, deoarece principala problemă în utilizarea vectorilor de energie este tocmai dimensiunea, care pentru un solid și un lichid este de obicei reprezentată de masă , în timp ce pentru un gaz sau o plasmă corespunde de obicei volumului . Dacă arderea este aleasă ca conversie, aceasta coincide cu masa standardă sau volumul entalpiei de ardere a combustibilului .

În general, se face o distincție între:

Puterea calorică mai mare (PCS); denumit și Δ _c H _s ^sau o cu forma engleză Higher Heating Value (HHV). Ține cont de căldura latentă de evaporare a apei generate în timpul arderii.
Puterea calorică inferioară (PCI); denumit și Δ _c H _i ^o o cu forma în limba engleză Valoare de încălzire inferioară (LHV). Nu ia în considerare căldura latentă de evaporare a apei generate în timpul arderii

Unitate de măsură

Se măsoară în M J / kg în sistemul internațional sau, într-o formă învechită, în k cal / kg sau BTU / lb. Pentru combustibilii gazoși se poate găsi referindu-se la cantitatea de substanță exprimată în metru cub normal ( Nm³ ) sau în metru cub standard ( Sm³ ), în funcție de condițiile de temperatură și presiune la care se referă măsurarea volumului.

Putere calorică mai mare

Puterea calorică brută (Δ _c H _s ^o ) este cantitatea de căldură care devine disponibilă ca urmare a arderii complete la presiunea constantă a masei unitare a combustibilului, când produsele de ardere sunt readuse la temperatura inițială a combustibilul și comburentul .

Determinarea puterii calorifice poate fi obținută aproximativ cu calculul, pe baza analizei elementare a combustibilului sau direct prin utilizarea instrumentelor calorimetrice adecvate.

În primul caz, masa elementelor combustibile, în principal carbon (C) și hidrogen (H), posibil și sulf (S), conținută într-un kilogram de combustibil este determinată prin intermediul analizei chimice elementare; apoi se evaluează aportul de căldură furnizat de fiecare dintre ele și se adună rezultatele, conform următoarei formule aproximative ^[1] :

PCS = 32,780 C + 142,107 H [MJ / kg]

Calculul oferă o valoare aproximativă, deoarece cantitatea de căldură obținută depinde și de puterea legăturilor chimice din moleculele combustibilului de pornire.

De exemplu, având în vedere că 1 kg de carbon dezvoltă aproximativ 33 MJ în combustie și că 1 kg de hidrogen dezvoltă aproximativ 120 MJ și având un păcură cu un conținut de carbon de 85,5% și hidrogen de 11,5% în masă (adică 0,855 kg de carbon _C și 0,115 kg de hidrogen _H2 la 1 kg de _ulei), restul de 3% constând din materie inertă, puterea calorică mai mare ar fi:

Δ _c H _s ^o = 0,855 kg _C / kg _ulei 32,780 MJ / kg _C + 0,115 kg _H2 / kg _ulei 142.107 MJ / kg _H2 = 44,369 MJ / kg _ulei

Pe de altă parte, măsurarea directă a puterii calorifice superioare se efectuează prin intermediul bombei calorimetrice Mahler sau a unui aparat similar, în care se face o reacție stoichiometrică completă între o cantitate bine determinată de combustibil și oxigen. Căldura produsă de reacție este absorbită de o masă cunoscută de apă (sau alt lichid), a cărei creștere a temperaturii este măsurată. Prin urmare, se constată cantitatea de căldură schimbată.

Formula lui Dulong

Formula lui Dulong este o relație empirică pentru calcularea puterii calorifice superioare, care combină principalele reacții de ardere având în vedere energia eliberată de fiecare dintre ele.

Δ _c H _s ^o = 32,79 MJ / kg w ^C + 150,4 (w ^H - w ^O / 8) + 9,26 w ^S + 4,97 w ^O + 2,42 w ^N

unde w ⁱ este fracția de masă a elementului i din eșantion.

Putere calorică mai mică

De obicei, în combustie normală, produsele de ardere sunt eliberate la o temperatură mai mare decât temperatura de referință a combustibilului. Astfel, o parte din căldura disponibilă teoretic este „dispersată” prin încălzirea fumului și, mai ales, prin vaporizarea apei produse prin ardere. Trebuie avut în vedere faptul că, pentru fiecare grad de creștere a temperaturii vaporilor, sunt necesari aproximativ 1 kJ / kg de vapori și că pentru fiecare kg de vapori de apă din vapori, sunt necesari aproximativ 2,5 MJ pentru căldura latentă de vaporizare la 100 ° C.

În mod convențional, se definește puterea calorică inferioară Δ _c H _i ^sau „puterea calorică superioară scăzută de căldura de condensare a vaporilor de apă în timpul arderii”.

Aceasta este valoarea la care se face referire de obicei atunci când vorbim despre puterea calorică a unui combustibil și eficiența unui motor termic.

În cazanele moderne cu condensare este posibilă recuperarea unei părți din căldura latentă a vaporilor de apă. Acest fapt face posibilă obținerea, dintr-un kg de combustibil, a unei cantități de căldură mai mari decât puterea calorică mai mică, prin urmare, cu o eficiență nominală egală cu 100%, chiar dacă o parte a căldurii disponibile teoretic (putere calorică mai mare) continuă să fie împrăștiat cu fumul.

Pentru a determina puterea calorică netă prin intermediul analizei elementare, ^{se poate utiliza} următoarea formulă aproximativă ^[1] :

PCI = 32,780 C + 120,075 H [MJ / kg]

Unde și-au asumat (ignorând termenii mai puțin importanți):

Δ _c H _s ^o (C) = 32.780 MJ / kg

Δ _c H _s ^o (H) = 120,075 MJ / kg

Având un păcură cu un conținut de 85,5% carbon, 12% hidrogen, 1% umiditate:

w ^C = 0,855

w ^H = 0,12

w ^{H ₂ O} = 0,01

puteți obține cu ușurință PCI:

PCI = (0,855 × 32,780 MJ / kg) + (0,12 × 120,075 MJ / kg) = 42,436 MJ / kg

Puterea calorică mai mică poate fi obținută și din puterea calorică mai mare: odată ce PCS este cunoscut, 2,5 MJ se deduc din aceasta pentru fiecare kg de vapori de apă conținuți în vapori. Vaporii de apă din vapori se vor datora arderii hidrogenului și a umidității prezente inițial în combustibil.

În exemplul păcurii menționat mai sus și știind că:

raportul de masă al vaporilor din hidrogen Δw ^{H ₂ O} = 9 kg / kg;
căldură absorbită de vapori pentru a se forma din apă lichidă Δ _f H ^o (H ₂ O _(g) ) = 2,5 MJ / kg;

avem:

Δ _c H _s ^o = w ^C Δ _c H _s ^o (C) + w ^H Δ _c H _s ^o (H) = (0,855 × 32,780 MJ / kg) + (0,12 × 142.107 MJ / kg) = 44,369 MJ / kg

Δ _c H _i ^o = Δ _c H _s ^o - (Δw ^{H ₂ O} w ^H + w ^{H ₂ O} ) Δ _f H ^o (H ₂ O _(g) ) = 44,369 MJ / kg - (9 x 0,12 + 0,01) × 2,5 MJ / kg = 41,644 MJ / kg

Se poate observa că valoarea calculată cu cele două formule diferă ușor, deoarece acestea sunt evaluări aproximative.

Cu alte cuvinte, puterea calorică netă este egală cu puterea calorică brută minus conținutul de hidrogen din combustibil, înmulțit cu 9 și cu 2,5, minus conținutul de umiditate din combustibil, înmulțit cu 2,5:

\Delta _{c}H_{i}^{o}=\Delta _{c}H_{s}^{o}-22{,}5{\frac {MJ}{kg}}w^{H}-2{,}5{\frac {MJ}{kg}}w^{H_{2}O}

{\ displaystyle \ Delta _ {c} H_ {i} ^ {o} = \ Delta _ {c} H_ {s} ^ {o} -22 {,} 5 {\ frac {MJ} {kg}} w ^ {H} -2 {,} 5 {\ frac {MJ} {kg}} w ^ {H_ {2} O}}

\ Delta _ {c} H_ {i} ^ {o} = \ Delta _ {c} H_ {s} ^ {o} -22 {,} 5 {\ frac {MJ} {kg}} w ^ {H} -2 {,} 5 {\ frac {MJ} {kg}} w ^ {{H_ {2} O}}

Unele valori

Valoarea calorică a purtătorilor de energie comercială este foarte variabilă și depinde de originea materialului și de tratamentele care au fost supuse ulterior, prin urmare valorile din tabel sunt pur orientative ^[2] .

Puterea calorică mai mare a lemnului depinde pentru maximum 15% de speciile plantei.

Valoare calorica a unor transportatori	Putere calorică mai mare Δ _c H _s ^o				Putere calorică mai mică Δ _c H _i ^o
Vectorul energetic	M J / kg	M J / Nm³	M J / Sm³	kWh / Sm³	M J / kg	M J / Nm³	M J / Sm³	kWh / Sm³
3% dioxid de uraniu îmbogățit ^[3]	2 070 000	-	-	-	2 070 000	-	-	-
Porumb	-	-	-	-	13.9	-	-	-
Lemn uscat ^[4] (umiditate <15%)	18,5 ^[5]	-	-	-	17 ^[6]	-	-	-
Lignină	25.5	-	-	-	-	-	-	-
Celuloză	17.8	-	-	-	-	-	-	-
Rășină vegetală	35,8	-	-	-	-	-	-	-
Turba uscată	-	-	-	-	13	-	-	-
Turba umedă	-	-	-	-	6	-	-	-
Cărbune	-	-	-	-	33,5	-	-	-
Grafit	32,65	-	-	-	32.808	-	-	-
Gaz pentru furnal	-	-	-	-	32.0	-	-	-
Gaz iluminant	-	19.7	-	-	-	17.5	-	-
Coca-Cola	29.6	-	-	-	34.2	-	-	-
Arde ulei	-	-	-	-	41,3 ^[7]	-	-	-
Nafta	-	-	-	-	40.2	-	-	-
Combustibil diesel	47,3 ^[7]	38400	-	-	44.4	36300	-	-
Kerosen	46,2 ^[7]	-	-	-	43,5	-	-	-
Gaz	46.0	-	-	-	43.6	-	-	-
Gaz petrolier lichefiat (GPL)	-	-	-	-	46.1	-	26280	7300
Gaz natural	54	-	-	-	47.7	-	34,54	9.59
Eter dimetilic (DME)	31,681	-	-	-	28,882	19.4	-	-
Benzen	41,8	-	-	-	-	-	-	-
Terebentină	45,40	-	-	-	45.4	-	-	-
Acetilenă	49.9	-	-	-	-	-	-	-
Pentan	45,35	-	-	-	-	-	-	-
Butan	49,50	-	-	-	45,75	-	-	-
Propan	50,35	-	101,95	-	46,35	-	93,70	-
Metan	55,50	39.13	37.09	10.30	50,0	35.22	33.39	9.27
Hidrogen	141,8	12,742	-	-	120,0	11.109	-	-
Propanol	33.6	-	-	-	-	-	-	-
Etanol	29.7	-	-	-	27.1	-	-	-
Metanol	22.7	-	-	-	19.7	-	-	-
Acetonă	-	-	-	-	28,548	-	-	-
Amoniac	22.5	-	-	-	-	-	-	-
Hidrazină	19.4	-	-	-	-	-	-	-
Monoxid de carbon	-	-	-	-	10.05	-	-	-
Sulf	-	-	-	-	9.163	-	-	-
Zahăr	-	-	-	-	17	-	-	-

Notă

^ ^a ^b Nicola Rossi, Manualul termotehnicului , Hoepli, 2014, ISBN 978-88-203-5971-3 .
^ Cu toate acestea, acest tabel din laboratoarele Oak Ridge poate fi menționat: Valori de încălzire mai mici și mai mari ale gazelor, combustibililor lichizi și solizi. Arhivat 20 februarie 2013 în Internet Archive .
^ combustibil nuclear tipic, valoare calculată ca: ${\frac {192{,}9{\frac {MeV}{U-235}}\times 1{,}602\cdot 10^{-19}{\frac {MJ}{MeV}}\times 3\,\%{\frac {U-235}{UOx}}\times 6{,}022\cdot 10^{23}{\frac {UOx}{molUOx}}}{0{,}27003{\frac {kgUOx}{molUOx}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {192 {,} 9 {\ frac {MeV} {U-235}} \ times 1 {,} 602 \ cdot 10 ^ {- 19} {\ frac {MJ} {MeV}} \ ori 3 \, \% {\ frac {U-235} {UOx}} \ ori 6 {,} 022 \ cdot 10 ^ {23} {\ frac {UOx} {molUOx}}} {0 {,} 27003 { \ frac {kgUOx} {molUOx}}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {192 {,} 9 {\ frac {MeV} {U-235}} \ times 1 {,} 602 \ cdot 10 ^ {- 19} {\ frac {MJ} {MeV}} \ ori 3 \, \% {\ frac {U-235} {UOx}} \ ori 6 {,} 022 \ cdot 10 ^ {23} {\ frac {UOx} {molUOx}}} {0 {,} 27003 { \ frac {kgUOx} {molUOx}}}}}$
^ Hellrigl, Valoarea calorică a lemnului ( PDF ), pe projectofuoco.com . Adus la 4 iulie 2012 (arhivat din original la 29 octombrie 2012) .
^ Hartmann și colab., 2000
^ Mai general depinde de umiditatea lemnului : $\Delta _{c}H_{i}^{o}=(1-w^{H_{2}O})\Delta _{c}H_{s}^{o}-w^{H_{2}O}2{,}44{\frac {MJ}{kg}}$ ${\ displaystyle \ Delta _ {c} H_ {i} ^ {o} = (1-w ^ {H_ {2} O}) \ Delta _ {c} H_ {s} ^ {o} -w ^ {H_ {2} O} 2 {,} 44 {\ frac {MJ} {kg}}}$ $\ Delta _ {c} H_ {i} ^ {o} = (1-w ^ {{H_ {2} O}}) \ Delta _ {c} H_ {s} ^ {o} -w ^ {{H_ {2} O}} 2 {,} 44 {\ frac {MJ} {kg}}$
^ ^a ^b ^c UNI 10389

Bibliografie

Nicola Rossi, Manualul termotehnicului , Hoepli, 2014, ISBN 978-88-203-5971-3 .

Elemente conexe

linkuri externe

Valorile calorice medii ale substanțelor comune în ordine alfabetică ( PDF ), pe seieditrice.com . Adus la 4 iulie 2012 (arhivat din original la 2 decembrie 2012) . pe 13 martie 2016 la Internet Archive.
Valorile calorice ale materialelor de mobilier ( PDF ), pe seieditrice.com . Adus la 4 iulie 2012 (arhivat din original la 1 octombrie 2013) . la 1 octombrie 2013 în Internet Archive.

Controlul autorității	GND (DE) 4135554-4 · NDL (EN, JA) 00.56814 milioane

Portalul chimiei

Portal de inginerie

Portalul Termodinamicii

[rossi-1] Nicola Rossi, Manualul termotehnicului , Hoepli, 2014, ISBN 978-88-203-5971-3 .

[2] Cu toate acestea, acest tabel din laboratoarele Oak Ridge poate fi menționat: Valori de încălzire mai mici și mai mari ale gazelor, combustibililor lichizi și solizi. Arhivat 20 februarie 2013 în Internet Archive .

[3] ustibil nuclear tipic, valoare calculată ca: ${\frac {192{,}9{\frac {MeV}{U-235}}\times 1{,}602\cdot 10^{-19}{\frac {MJ}{MeV}}\times 3\,\%{\frac {U-235}{UOx}}\times 6{,}022\cdot 10^{23}{\frac {UOx}{molUOx}}}{0{,}27003{\frac {kgUOx}{molUOx}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {192 {,} 9 {\ frac {MeV} {U-235}} \ times 1 {,} 602 \ cdot 10 ^ {- 19} {\ frac {MJ} {MeV}} \ ori 3 \, \% {\ frac {U-235} {UOx}} \ ori 6 {,} 022 \ cdot 10 ^ {23} {\ frac {UOx} {molUOx}}} {0 {,} 27003 { \ frac {kgUOx} {molUOx}}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {192 {,} 9 {\ frac {MeV} {U-235}} \ times 1 {,} 602 \ cdot 10 ^ {- 19} {\ frac {MJ} {MeV}} \ ori 3 \, \% {\ frac {U-235} {UOx}} \ ori 6 {,} 022 \ cdot 10 ^ {23} {\ frac {UOx} {molUOx}}} {0 {,} 27003 { \ frac {kgUOx} {molUOx}}}}}$

[4] Hellrigl, Valoarea calorică a lemnului ( PDF ), pe projectofuoco.com . Adus la 4 iulie 2012 (arhivat din original la 29 octombrie 2012) .

[5] Hartmann și colab., 2000

[6] Mai general depinde de umiditatea lemnului : $\Delta _{c}H_{i}^{o}=(1-w^{H_{2}O})\Delta _{c}H_{s}^{o}-w^{H_{2}O}2{,}44{\frac {MJ}{kg}}$ ${\ displaystyle \ Delta _ {c} H_ {i} ^ {o} = (1-w ^ {H_ {2} O}) \ Delta _ {c} H_ {s} ^ {o} -w ^ {H_ {2} O} 2 {,} 44 {\ frac {MJ} {kg}}}$ $\ Delta _ {c} H_ {i} ^ {o} = (1-w ^ {{H_ {2} O}}) \ Delta _ {c} H_ {s} ^ {o} -w ^ {{H_ {2} O}} 2 {,} 44 {\ frac {MJ} {kg}}$

[engpl-7] UNI 10389

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]