Potere calorifico di vari tipi di combustibile: confronto del combustibile in base al calore di combustione + tabella del potere calorifico

Quando una certa quantità di combustibile brucia, viene rilasciata una quantità misurabile di calore. Secondo il Sistema Internazionale di unità di misura, il valore è espresso in Joule per kg o m³. Ma i parametri possono essere calcolati anche in kCal o kW. Se il valore è riferito all'unità di misura del combustibile, viene chiamato specifico.

Su cosa influisce il potere calorifico dei diversi combustibili? Qual è il valore dell'indicatore per sostanze liquide, solide e gassose? Le risposte a queste domande sono dettagliate nell'articolo. Inoltre, abbiamo preparato una tabella che mostra il calore specifico di combustione dei materiali – queste informazioni saranno utili nella scelta di un tipo di combustibile ad alta energia.

Informazioni generali sul potere calorifico

Il rilascio di energia durante la combustione deve essere caratterizzato da due parametri: alta efficienza e assenza di produzione di sostanze nocive.

Il combustibile artificiale si ottiene attraverso la lavorazione del combustibile naturale – combustibile biologico. Indipendentemente dallo stato di aggregazione, nella loro composizione chimica hanno una parte combustibile e una non combustibile. La prima è carbonio e idrogeno. La seconda è composta da acqua, sali minerali, azoto, ossigeno, metalli.

In base allo stato di aggregazione, il combustibile si divide in liquido, solido e gas. Ogni gruppo si suddivide ulteriormente in un sottogruppo naturale e uno artificiale (+)

Bruciando 1 kg di questa 'miscela' viene rilasciata una diversa quantità di energia. Quanta energia verrà rilasciata dipende dalle proporzioni degli elementi indicati: parte combustibile, umidità, contenuto di ceneri e altri componenti.

Il calore di combustione del combustibile (CCC) è formato da due livelli: superiore e inferiore. Il primo indicatore deriva dalla condensazione dell'acqua, nel secondo questo fattore non viene considerato.

Il potere calorifico inferiore è necessario per i calcoli del fabbisogno di combustibile e del suo costo; con questi indicatori si compilano i bilanci termici e si determina il rendimento degli impianti alimentati a combustibile.

È possibile calcolare il potere calorifico analiticamente o sperimentalmente. Se la composizione chimica del combustibile è nota, si applica la formula di Mendeleev. I metodi sperimentali si basano sulla misurazione effettiva del calore durante la combustione del carburante.

In questi casi si utilizza una bomba speciale per la combustione – una bomba calorimetrica insieme al calorimetro e al termostato.

Le caratteristiche dei calcoli sono individuali per ogni tipo di combustibile. Esempio: il potere calorifico nei motori a combustione interna viene calcolato dal valore inferiore, perché nei cilindri il liquido non si condensa.

Il potere calorifico viene determinato utilizzando una bomba calorimetrica. L'ossigeno compresso viene saturato con vapore acqueo. In tale ambiente si inserisce un campione di combustibile e si determinano i risultati.

Ogni tipo di sostanza ha il proprio potere calorifico a causa delle peculiarità della composizione chimica. I valori variano notevolmente, l'intervallo di oscillazione è di 1.000–10.000 kCal/kg.

Confrontando diversi tipi di materiali, si utilizza il concetto di combustibile convenzionale, caratterizzato da un potere calorifico inferiore di 29 MJ/kg.

Potere calorifico dei materiali solidi

Appartengono a questa categoria il legno, la torba, il coke, gli scisti bituminosi, i combustibili in bricchette e polverizzati. Il componente principale del combustibile solido è il carbonio.

Caratteristiche delle diverse specie di legno

La massima efficienza nell'uso della legna da ardere si ottiene rispettando due condizioni: la secchezza del legno e un processo di combustione lento.

I pezzi di legno vengono segati o tagliati in segmenti lunghi fino a 25-30 cm, in modo che la legna possa essere caricata comodamente nel focolare.

Ideali per il riscaldamento a legna sono i ceppi di quercia, betulla, frassino. Buone prestazioni sono caratterizzate dal biancospino, dal nocciolo. Invece le specie di conifere hanno un basso potere calorifico ma un'alta velocità di combustione.

Come bruciano le diverse specie:

1. Faggio, betulla, frassino, nocciolo sono difficili da accendere, ma possono bruciare ancora umidi a causa del basso contenuto di umidità.
2. L'ontano e il pioppo tremulo non producono fuliggine e 'sanno' rimuoverla dal camino.
3. La betulla richiede una quantità sufficiente di aria nel focolare, altrimenti produrrà fumo e depositerà resina sulle pareti del camino.
4. Il pino contiene più resina dell'abete, quindi scintilla e brucia più caldo.
5. Il pero e il melo si spaccano più facilmente degli altri e bruciano benissimo.
6. Il cedro si trasforma gradualmente in carbone ardente.
7. Il ciliegio e l'olmo fumano, mentre il platano è difficile da spaccare.
8. Il tiglio e il pioppo bruciano rapidamente.

I valori del potere calorifico delle diverse specie dipendono fortemente dalla densità delle specie specifiche. 1 metro cubo di legna da ardere equivale a circa 200 litri di combustibile liquido e 200 m³ di gas naturale. Il legno e la legna da ardere appartengono alla categoria a bassa efficienza energetica.

Influenza dell'età sulle proprietà del carbone

Il carbone è un materiale naturale di origine vegetale. Viene estratto da rocce sedimentarie. Questo combustibile contiene carbonio e altri elementi chimici.

Oltre al tipo, anche l'età del materiale influenza il potere calorifico del carbone. La lignite appartiene alla categoria giovane, seguita dal litantrace, mentre l'antracite è considerata la più antica.

L'umidità è determinata dall'età del combustibile: più giovane è il carbone, maggiore è il suo contenuto di umidità. Questo influisce anche sulle proprietà di questo tipo di combustibile.

Il processo di combustione del carbone comporta l'emissione di sostanze che inquinano l'ambiente, mentre le griglie della caldaia si ricoprono di scorie. Un altro fattore sfavorevole per l'atmosfera è la presenza di zolfo nel combustibile. Questo elemento, a contatto con l'aria, si trasforma in acido solforico.

I produttori riescono a ridurre al minimo il contenuto di zolfo nel carbone. Di conseguenza, il potere calorifico differisce anche all'interno dello stesso tipo. Anche la geografia dell'estrazione influenza i valori. Come combustibile solido può essere utilizzato non solo carbone puro, ma anche scorie bricchettate.

La maggiore capacità combustibile si osserva nel carbone cokificabile. Buone caratteristiche hanno anche il litantrace, il carbone di legna, la lignite e l'antracite.

Caratteristiche dei pellet e delle briquette

Questo combustibile solido viene prodotto industrialmente a partire da vari scarti di legno e vegetali.

Trucioli tritati, corteccia, cartone, paglia vengono essiccati e, con l'aiuto di attrezzature speciali, trasformati in granuli. Per conferire alla massa un certo grado di viscosità, viene aggiunto un polimero: la lignina.

I pellet hanno un costo accettabile, influenzato dall'elevata domanda e dalle particolarità del processo produttivo. Questo materiale può essere utilizzato solo in caldaie progettate per questo tipo di combustibile.

Le bricchette si differenziano solo per la forma; possono essere caricate in forni e caldaie. Entrambi i tipi di combustibile si suddividono in base alla materia prima: da legno tondo, torba, girasole, paglia.

I pellet e le bricchette hanno notevoli vantaggi rispetto ad altri tipi di combustibile:

• completa ecosostenibilità;
• possibilità di stoccaggio in quasi tutte le condizioni;
• resistenza a sollecitazioni meccaniche e funghi;
• combustione uniforme e prolungata;
• dimensione ottimale dei granuli per il caricamento nel dispositivo di riscaldamento.

Il combustibile ecologico è una buona alternativa alle fonti di calore tradizionali, che non sono rinnovabili e hanno un impatto negativo sull'ambiente. Tuttavia, pellet e bricchette presentano un elevato rischio di incendio, da tenere in considerazione nell'organizzazione del luogo di stoccaggio.

Se lo si desidera, è possibile realizzare personalmente la produzione di bricchette di combustibile, maggiori dettagli – in questo articolo.

Parametri delle sostanze liquide

I materiali liquidi, come quelli solidi, si scompongono nei seguenti componenti: carbonio, idrogeno, zolfo, ossigeno, azoto. La percentuale è espressa in massa.

Dall'ossigeno e dall'azoto si forma la zavorra organica interna del combustibile, questi componenti non bruciano e sono inclusi nella composizione in modo condizionale. La zavorra esterna è costituita da umidità e ceneri.

Un elevato potere calorifico specifico si osserva nella benzina. A seconda del tipo, è di 43-44 MJ.

Valori simili di potere calorifico specifico si riscontrano anche per il cherosene per aviazione – 42,9 MJ. Anche il gasolio rientra nella categoria dei leader per potere calorifico – 43,4-43,6 MJ.

Poiché la benzina ha un potere calorifico maggiore rispetto al gasolio, dovrebbe avere anche un consumo e un rendimento più elevati. Ma il gasolio è più economico della benzina del 30-40%.

Valori relativamente bassi di potere calorifico caratterizzano il carburante liquido per razzi e il glicole etilenico. L'alcol e l'acetone si distinguono per il potere calorifico specifico minimo. I loro valori sono significativamente inferiori rispetto ai combustibili per motori tradizionali.

Proprietà del combustibile gassoso

Il combustibile gassoso è composto da ossido di carbonio, idrogeno, metano, etano, propano, butano, etilene, benzene, acido solfidrico e altri componenti. Questi valori sono espressi in percentuale in volume.

Il più alto potere calorifico è dell'idrogeno. Bruciando, un chilogrammo di sostanza rilascia 119,83 MJ di calore. Ma è caratterizzato da un elevato grado di pericolosità di esplosione.

Alti valori di potere calorifico si osservano anche nel gas naturale.

Essi sono pari a 41-49 MJ per kg. Ma, ad esempio, per il metano puro il potere calorifico è maggiore — 50 MJ per kg.

Tabella comparativa degli indicatori

La tabella presenta i valori del potere calorifico specifico massico dei combustibili liquidi, solidi e gassosi.

Dalla tabella si vede che il più alto potere calorifico tra tutte le sostanze, non solo gassose, è dell'idrogeno. Esso appartiene ai combustibili ad alta energia.

Il prodotto della combustione dell'idrogeno è acqua normale. Durante il processo non si producono scorie, ceneri, monossido di carbonio e anidride carbonica, il che rende la sostanza un combustibile ecologico. Ma è esplosivo e ha una bassa densità, quindi è difficile liquefare e trasportare tale combustibile.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Sul potere calorifico di diverse specie di legno. Confronto dei valori calcolati per m³ e kg.

TST — la più importante caratteristica termica e operativa del combustibile. Questo indicatore viene utilizzato in vari ambiti dell'attività umana: motori termici, centrali elettriche, industria, riscaldamento domestico e preparazione del cibo.

I valori del potere calorifico aiutano a confrontare diversi tipi di combustibile in base al grado di energia rilasciata, a calcolare la massa necessaria di combustibile e a risparmiare sui costi.

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