Calor de combustão do óleo diesel. Calor de combustão de combustível

5. EQUILÍBRIO TÉRMICO DE COMBUSTÃO

Considere métodos para calcular o balanço de calor do processo de combustão de combustíveis gasosos, líquidos e sólidos. O cálculo é reduzido para resolver os seguintes problemas.

· Determinação do calor de combustão (valor calorífico) do combustível.

· Determinação da temperatura teórica de combustão.

5.1. CALOR DE QUEIMA

As reações químicas são acompanhadas pela liberação ou absorção de calor. Quando o calor é liberado, a reação é chamada de exotérmica, e quando é absorvida, é chamada de endotérmica. Todas as reações de combustão são exotérmicas e os produtos da combustão são compostos exotérmicos.

Liberado (ou absorvido) durante o curso reação química calor é chamado de calor de reação. Nas reações exotérmicas é positivo, nas reações endotérmicas é negativo. A reação de combustão é sempre acompanhada pela liberação de calor. Calor de combustão Q g(J / mol) é a quantidade de calor liberada durante a combustão completa de um mol de uma substância e a transformação de uma substância combustível em produtos de combustão completa. O mol é a unidade básica do SI para a quantidade de uma substância. Um mol é a quantidade de uma substância que contém tantas partículas (átomos, moléculas, etc.) quantos átomos existem em 12 g do isótopo de carbono-12. A massa de uma quantidade de uma substância igual a 1 mol (molecular ou massa molar) coincide numericamente com o peso molecular relativo da substância dada.

Por exemplo, o peso molecular relativo do oxigênio (O 2 ) é 32, do dióxido de carbono (CO 2 ) é 44, e os pesos moleculares correspondentes seriam M=32 g/mol e M=44 g/mol. Assim, um mol de oxigênio contém 32 gramas dessa substância e um mol de CO 2 contém 44 gramas de dióxido de carbono.

Em cálculos técnicos, muitas vezes não é usado o calor da combustão Q g, e o poder calorífico do combustível Q(J/kg ou J/m3). O poder calorífico de uma substância é a quantidade de calor liberada durante a combustão completa de 1 kg ou 1 m 3 de uma substância. Para substâncias líquidas e sólidas, o cálculo é feito por 1 kg e, para substâncias gasosas, por 1 m 3.

O conhecimento do calor de combustão e do poder calorífico do combustível é necessário para calcular a temperatura de combustão ou explosão, pressão de explosão, velocidade de propagação da chama e outras características. O poder calorífico do combustível é determinado experimentalmente ou por cálculo. Na determinação experimental do poder calorífico, uma determinada massa de combustível sólido ou líquido é queimada em bomba calorimétrica e, no caso de combustível gasoso, em calorímetro a gás. Esses dispositivos medem o calor total Q 0 , liberado durante a combustão de uma amostra de combustível pesando m. Valor calórico Q gé encontrado pela fórmula

Relação entre calor de combustão e
poder calorífico do combustível

Para estabelecer uma relação entre o calor de combustão e o poder calorífico de uma substância, é necessário escrever a equação da reação química da combustão.

O produto da combustão completa do carbono é o dióxido de carbono:

C + O 2 → CO 2.

O produto da combustão completa do hidrogênio é a água:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

O produto da combustão completa do enxofre é o dióxido de enxofre:

S + O 2 → SO 2.

Ao mesmo tempo, destacam-se forma livre nitrogênio, halogênios e outros elementos não combustíveis.

gás combustível

Como exemplo, vamos calcular o poder calorífico do metano CH 4, para o qual o calor de combustão é igual a Q g=882.6 .

Determine o peso molecular do metano de acordo com sua Fórmula química(CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

Determine o poder calorífico de 1 kg de metano:

Vamos encontrar o volume de 1 kg de metano, sabendo sua densidade ρ=0,717 kg/m 3 em condições normais:

.

Determine o poder calorífico de 1 m 3 de metano:

O valor calorífico de quaisquer gases combustíveis é determinado de forma semelhante. Para muitas substâncias comuns, os valores caloríficos e os valores caloríficos foram medidos com alta precisão e são fornecidos na literatura de referência relevante. Vamos dar uma tabela de valores para o poder calorífico de algumas substâncias gasosas (Tabela 5.1). Valor Q nesta tabela é dado em MJ / m 3 e em kcal / m 3, pois 1 kcal = 4,1868 kJ é frequentemente usado como unidade de calor.

Tabela 5.1

Valor calórico dos combustíveis gasosos

Substância

Acetileno

Q

líquido combustível ou sólido

Como exemplo, vamos calcular o poder calorífico do álcool etílico C 2 H 5 OH, para o qual o calor de combustão Q g= 1373,3 kJ/mol.

Determine o peso molecular do álcool etílico de acordo com sua fórmula química (C 2 H 5 OH):

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

Determine o poder calorífico de 1 kg de álcool etílico:

O poder calorífico de qualquer combustível líquido e sólido é determinado de forma semelhante. Na tabela. 5.2 e 5.3 mostram os valores caloríficos Q(MJ/kg e kcal/kg) para algumas substâncias líquidas e sólidas.

Tabela 5.2

Valor calórico dos combustíveis líquidos

Substância

álcool metílico

Etanol

Óleo combustível, óleo

Q

Tabela 5.3

Valor calórico dos combustíveis sólidos

Substância

madeira fresca

madeira seca

carvão marrom

turfa seca

antracito, coque

Q

fórmula de Mendeleiev

Se o valor calorífico do combustível for desconhecido, ele pode ser calculado usando a fórmula empírica proposta por D.I. Mendeleev. Para fazer isso, você precisa conhecer a composição elementar do combustível (a fórmula equivalente do combustível), ou seja, a porcentagem dos seguintes elementos nele:

Oxigênio (O);

Hidrogênio (H);

Carbono (C);

Enxofre (S);

Cinzas (A);

Água (W).

Os produtos da combustão dos combustíveis sempre contêm vapor d'água, formado tanto pela presença de umidade no combustível quanto durante a combustão do hidrogênio. Os produtos residuais da combustão deixam a planta industrial a uma temperatura acima da temperatura do ponto de orvalho. Portanto, o calor liberado durante a condensação do vapor de água não pode ser aproveitado e não deve ser levado em consideração nos cálculos térmicos.

O valor calorífico líquido é geralmente usado para o cálculo. Q n combustível, que leva em conta perda de calor com vapor de água. Para combustíveis sólidos e líquidos, o valor Q n(MJ / kg) é aproximadamente determinado pela fórmula de Mendeleev:

Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

onde o teor percentual (% em massa) dos elementos correspondentes na composição do combustível é indicado entre parênteses.

Esta fórmula leva em consideração o calor das reações de combustão exotérmica de carbono, hidrogênio e enxofre (com um sinal de mais). O oxigênio, que faz parte do combustível, substitui parcialmente o oxigênio do ar, de modo que o termo correspondente na fórmula (5.1) é tomado com um sinal de menos. Quando a umidade evapora, o calor é consumido, então o termo correspondente contendo W também é tomado com um sinal de menos.

A comparação de dados calculados e experimentais sobre o poder calorífico de diferentes combustíveis (madeira, turfa, carvão, óleo) mostrou que o cálculo de acordo com a fórmula de Mendeleev (5.1) apresenta um erro não superior a 10%.

valor calórico líquido Q n(MJ / m 3) de gases combustíveis secos pode ser calculado com precisão suficiente como a soma dos produtos do poder calorífico de componentes individuais e sua porcentagem em 1 m 3 de combustível gasoso.

Q n= 0,108[Н 2] + 0,126[СО] + 0,358[CH 4] + 0,5[С 2 Н 2] + 0,234[Н 2 S ]…, (5,2)

onde o teor percentual (vol.%) dos gases correspondentes na mistura é indicado entre parênteses.

O poder calorífico médio do gás natural é de aproximadamente 53,6 MJ/m 3 . Em gases combustíveis produzidos artificialmente, o conteúdo de CH 4 metano é insignificante. Os principais componentes combustíveis são o hidrogênio H 2 e o monóxido de carbono CO. No gás de coqueria, por exemplo, o teor de H 2 chega a (55 ÷ 60)%, e o poder calorífico líquido desse gás chega a 17,6 MJ/m 3 . No gás do gerador, o teor de CO ~ 30% e H 2 ~ 15%, enquanto o poder calorífico líquido do gás do gerador Q n= (5,2÷6,5) MJ/m 3 . No gás de alto-forno, o teor de CO e H 2 é menor; magnitude Q n= (4,0÷4,2) MJ/m 3 .

Considere exemplos de cálculo do valor calórico de substâncias usando a fórmula de Mendeleev.

Vamos determinar o poder calorífico do carvão, cuja composição elementar é dada na Tabela. 5.4.

Tabela 5.4

Composição elementar do carvão

Vamos substituir dado na tabulação. 5.4 dados da fórmula de Mendeleev (5.1) (nitrogênio N e cinzas A não estão incluídos nesta fórmula, pois são substâncias inertes e não participam da reação de combustão):

Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Vamos determinar a quantidade de lenha necessária para aquecer 50 litros de água de 10 ° C a 100 ° C, se 5% do calor liberado durante a combustão for gasto em aquecimento, e a capacidade calorífica da água Com\u003d 1 kcal / (kg ∙ graus) ou 4,1868 kJ / (kg ∙ graus). A composição elementar da lenha é dada na Tabela. 5.5:

Tabela 5.5

Composição elementar da lenha

Vamos encontrar o poder calorífico da lenha de acordo com a fórmula de Mendeleev (5.1):

Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg.

Determine a quantidade de calor gasta no aquecimento da água ao queimar 1 kg de lenha (levando em consideração que 5% do calor (a = 0,05) liberado durante a combustão é gasto no aquecimento):

Q 2=a Q n=0,05 17,12=0,86 MJ/kg.

Determine a quantidade de lenha necessária para aquecer 50 litros de água de 10° C a 100° C:

kg.

Assim, são necessários cerca de 22 kg de lenha para aquecer a água.

Todo mundo sabe que o consumo de combustível desempenha um papel importante em nossa vida. O combustível é usado em quase todos os ramos da indústria moderna. Combustível especialmente usado derivado do petróleo: gasolina, querosene, óleo diesel e outros. Gases combustíveis (metano e outros) também são usados.

De onde vem a energia do combustível?

Sabemos que as moléculas são formadas por átomos. Para dividir qualquer molécula (por exemplo, uma molécula de água) em seus átomos constituintes, é necessário gastar energia (para superar as forças de atração dos átomos). Experimentos mostram que quando os átomos se combinam em uma molécula (é o que acontece quando o combustível é queimado), a energia, ao contrário, é liberada.

Como você sabe, também existe combustível nuclear, mas não vamos falar sobre isso aqui.

Quando o combustível é queimado, a energia é liberada. Na maioria das vezes é energia térmica. Experimentos mostram que a quantidade de energia liberada é diretamente proporcional à quantidade de combustível queimado.

Calor específico de combustão

Esta energia é calculada usando quantidade física chamado calor específico de combustão do combustível. Calor específico combustão de combustível mostra quanta energia é liberada durante a combustão de uma unidade de massa de combustível.

é designado letra latina q. No sistema SI, a unidade de medida dessa quantidade é J/kg. Observe que cada combustível tem seu próprio calor específico de combustão. Este valor foi medido para quase todos os tipos de combustível e é determinado a partir de tabelas ao resolver problemas.

Por exemplo, o calor específico de combustão da gasolina é de 46.000.000 J/kg, o do querosene é o mesmo e o do álcool etílico é de 27.000.000 J/kg. É fácil entender que a energia liberada durante a combustão do combustível é igual ao produto da massa desse combustível pelo calor específico de combustão do combustível:

Considere exemplos

Considere um exemplo. 10 gramas de álcool etílico queimaram em uma lamparina em 10 minutos. Encontre o poder da lâmpada de álcool.

Solução. Encontre a quantidade de calor liberada durante a combustão do álcool:

Q = q*m; Q \u003d 27.000.000 J / kg * 10 g \u003d 27.000.000 J / kg * 0,01 kg \u003d 270.000 J.

Vamos encontrar a potência da lamparina a álcool:

N \u003d Q / t \u003d 270.000 J / 10 min \u003d 270.000 J / 600 s \u003d 450 W.

Vejamos um exemplo mais complexo. Uma panela de alumínio de massa m1 cheia de água de massa m2 é aquecida em um fogão da temperatura t1 até a temperatura t2 (0°C< t1 < t2

Solução.

Encontre a quantidade de calor recebida pelo alumínio:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

Calcule a quantidade de calor recebida pela água:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

Encontre a quantidade de calor recebida por uma panela de água:

Encontre a quantidade de calor liberada pela gasolina queimada:

Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =

(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;

Hoje, as pessoas são extremamente dependentes de combustível. Sem ela, o aquecimento das habitações, a cozedura, o funcionamento dos equipamentos e Veículo. A maioria dos combustíveis utilizados são hidrocarbonetos. Para avaliar sua eficácia, são utilizados os valores do calor específico de combustão. O querosene tem um indicador relativamente impressionante. Devido a esta qualidade, é utilizado em motores de foguetes e aeronaves.

Devido às suas propriedades, o querosene é utilizado em motores de foguetes.

Propriedades, obtenção e aplicação

A história do querosene remonta a mais de 2 mil anos e começa quando cientistas árabes criaram um método para destilar o petróleo em componentes individuais. Foi inaugurado oficialmente em 1853, quando o médico canadense Abraham Gesner desenvolveu e patenteou um método para extrair um líquido claro e inflamável de betume e xisto betuminoso.

Após a perfuração do primeiro poço de petróleo em 1859, o petróleo tornou-se a principal matéria-prima do querosene. Devido ao seu uso onipresente em lâmpadas, foi considerado um produto básico da indústria de refino de petróleo por décadas. Somente o advento da eletricidade reduziu sua importância para a iluminação. A produção de querosene também caiu à medida que a popularidade dos automóveis aumentou.- esta circunstância aumentou significativamente a importância da gasolina como produto petrolífero. No entanto, hoje em muitas partes do mundo, o querosene é usado para aquecimento e iluminação, e o combustível de aviação moderno é o mesmo produto, mas de qualidade superior.

Com o aumento do uso de carros, a popularidade do querosene caiu

O querosene é um líquido leve e transparente, quimicamente uma mistura de compostos orgânicos. Sua composição depende muito da matéria-prima, mas, via de regra, consiste em uma dúzia de hidrocarbonetos diferentes, cada um contendo de 10 a 16 átomos de carbono. O querosene é menos volátil que a gasolina. A temperatura de ignição comparativa do querosene e da gasolina, na qual eles emitem vapores inflamáveis ​​próximo à superfície, é de 38 e -40°C, respectivamente.

Esta propriedade permite considerar o querosene como um combustível relativamente seguro em termos de armazenamento, uso e transporte. Com base no seu ponto de ebulição (150 a 350°C), é classificado como um dos chamados destilados médios do petróleo bruto.

O querosene pode ser obtido diretamente, ou seja, fisicamente separado do petróleo, por destilação, ou por decomposição química de frações mais pesadas, como resultado de um processo de craqueamento.

Características do querosene como combustível

A combustão é o processo de oxidação rápida de substâncias com liberação de calor. Via de regra, o oxigênio contido no ar participa da reação. Durante a combustão de hidrocarbonetos, os seguintes produtos de combustão principais são formados:

  • dióxido de carbono;
  • vapor de água;
  • fuligem.

A quantidade de energia gerada durante a combustão de um combustível depende do seu tipo, condições de combustão, massa ou volume. A energia é medida em joules ou calorias. Específico (por unidade de medida da quantidade de substância) poder calorífico é a energia obtida pela queima de uma unidade de combustível:

  • molar (por exemplo, J / mol);
  • massa (por exemplo, J / kg);
  • volumétrico (por exemplo, kcal / l).

Na maioria dos casos, para avaliar combustíveis gasosos, líquidos e sólidos, eles operam com um indicador de calor em massa de combustão, expresso em J/kg.


Durante a combustão do carboidrato, vários elementos são formados, por exemplo, fuligem

O valor do poder calorífico dependerá se os processos que ocorrem com a água durante a combustão foram levados em consideração. A evaporação da umidade é um processo que consome muita energia, e levar em consideração a transferência de calor durante a condensação desses vapores também pode afetar o resultado.

O resultado das medições feitas antes que o vapor condensado retorne energia ao sistema é chamado de poder calorífico inferior, e o valor obtido após a condensação dos vapores é chamado de poder calorífico superior. Os motores de hidrocarbonetos não podem usar a energia adicional do vapor de água na exaustão, portanto, o valor líquido é relevante para os fabricantes de motores e é encontrado com mais frequência em livros de referência.

Freqüentemente, ao especificar o valor calorífico, eles não especificam qual das quantidades se refere, o que pode causar confusão. Saber que na Federação Russa é tradicionalmente costume indicar o mais baixo ajuda a navegar.

Valor calorífico líquido - indicador importante

Deve-se notar que para alguns tipos de combustível, a divisão em energia líquida e bruta não faz sentido, uma vez que não formam água durante a combustão. Com relação ao querosene, isso é irrelevante, pois o teor de hidrocarbonetos é alto. Com densidade relativamente baixa (entre 780 kg/m³ e 810 kg/m³) seu poder calorífico é semelhante ao do óleo diesel e é:

  • o menor - 43,1 MJ / kg;
  • o mais alto - 46,2 MJ / kg.

Comparação com outros tipos de combustível

Este indicador é muito conveniente para estimar a quantidade potencial de calor contida no combustível. Por exemplo, o poder calorífico da gasolina por unidade de massa é comparável ao do querosene, mas o primeiro é muito mais denso. Como consequência, na mesma comparação, um litro de gasolina contém menos energia.

O calor específico de combustão do óleo como mistura de hidrocarbonetos depende de sua densidade, que não é constante para diferentes campos (43-46 MJ/kg). Os métodos de cálculo permitem determinar esse valor com alta precisão, se houver dados iniciais sobre sua composição.

Os indicadores médios para alguns tipos de líquidos combustíveis que compõem o óleo são assim (em MJ / kg):

  • óleo diesel - 42-44;
  • gasolina - 43-45;
  • querosene - 43-44.

O conteúdo calórico de combustíveis sólidos, como turfa e carvão, tem um alcance maior. Isso se deve ao fato de que sua composição pode variar muito tanto em termos de conteúdo de substâncias incombustíveis quanto de poder calorífico de hidrocarbonetos. Por exemplo, o valor calórico da turfa Vários tipos pode flutuar entre 8-24 MJ/kg e carvão - 13-36 MJ/kg. Entre os gases comuns, o hidrogênio tem alto poder calorífico - 120 MJ / kg. O próximo em termos de calor específico de combustão é o metano (50 MJ/kg).

Podemos dizer que o querosene é um combustível que resistiu ao teste do tempo justamente por sua intensidade energética relativamente alta a um preço baixo. Seu uso não só se justifica economicamente, como em alguns casos não há alternativa.

Sabe-se que a fonte de energia utilizada na indústria, transporte, agricultura, na vida cotidiana, é o combustível. São carvão, petróleo, turfa, lenha, gás natural e outros Durante a combustão do combustível, a energia é liberada. Vamos tentar descobrir como a energia é liberada neste caso.

Recordemos a estrutura da molécula de água (Fig. 16, a). Consiste em um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Se uma molécula de água é dividida em átomos, é necessário superar as forças de atração entre os átomos, ou seja, realizar trabalho e, portanto, gastar energia. Por outro lado, se os átomos se combinam para formar uma molécula, a energia é liberada.

O uso do combustível se baseia justamente no fenômeno da liberação de energia quando os átomos se combinam. Por exemplo, os átomos de carbono contidos no combustível são combinados com dois átomos de oxigênio durante a combustão (Fig. 16, b). Nesse caso, uma molécula de monóxido de carbono - dióxido de carbono - é formada e a energia é liberada.

Arroz. 16. Estrutura das moléculas:
uma água; b - conexão de um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio em uma molécula de dióxido de carbono

Ao projetar motores, um engenheiro precisa saber exatamente quanto calor o combustível que está sendo queimado pode liberar. Para fazer isso, é necessário determinar experimentalmente quanto calor será liberado durante a combustão completa da mesma massa de combustível de diferentes tipos.

    A quantidade física que mostra quanto calor é liberado durante a combustão completa de um combustível pesando 1 kg é chamada de calor específico de combustão do combustível.

O calor específico de combustão é indicado pela letra q. A unidade de calor específico de combustão é 1 J/kg.

O calor específico de combustão é determinado experimentalmente usando instrumentos bastante complexos.

Os resultados dos dados experimentais são mostrados na Tabela 2.

mesa 2

Esta tabela mostra que o calor específico de combustão, por exemplo, da gasolina é 4,6 10 7 J / kg.

Isso significa que, com a combustão completa da gasolina de 1 kg, são liberados 4,6 10 7 J de energia.

A quantidade total de calor Q liberada durante a combustão de m kg de combustível é calculada pela fórmula

Questões

  1. Qual é o calor específico de combustão do combustível?
  2. Em que unidades o calor específico de combustão do combustível é medido?
  3. O que significa a expressão “calor específico de combustão do combustível igual a 1,4 10 7 J / kg”? Como é calculada a quantidade de calor liberada durante a combustão do combustível?

Exercício 9

  1. Quanto calor é liberado durante a combustão completa de carvão de 15 kg; álcool pesando 200 g?
  2. Quanto calor será liberado durante a combustão completa do óleo, cuja massa é de 2,5 toneladas; querosene, cujo volume é de 2 litros e a densidade é de 800 kg / m 3?
  3. Com a combustão completa da lenha seca, foram liberados 50.000 kJ de energia. Quanta lenha queimou?

Exercício

Usando a Tabela 2, construa um gráfico de barras para o calor específico de combustão de lenha, álcool, óleo, hidrogênio, escolhendo a escala da seguinte forma: a largura do retângulo é de 1 célula, a altura de 2 mm corresponde a 10 J.

O que é combustível?

Este é um componente ou uma mistura de substâncias capazes de transformações químicas associadas à liberação de calor. Tipos diferentes os combustíveis diferem no conteúdo quantitativo do agente oxidante neles, que é usado para liberar energia térmica.

Em sentido amplo, o combustível é um portador de energia, ou seja, um tipo potencial de energia potencial.

Classificação

Atualmente, os combustíveis são divididos de acordo com seu estado de agregação em líquido, sólido e gasoso.

Dificultar aparência natural incluem pedra e lenha, antracite. Briquetes, coque, termoantracite são variedades de combustível sólido artificial.

Os líquidos incluem substâncias que contêm substâncias de origem orgânica. Seus principais componentes são: oxigênio, carbono, nitrogênio, hidrogênio, enxofre. Combustível líquido artificial será uma variedade de resinas, óleo combustível.

É uma mistura de vários gases: etileno, metano, propano, butano. Além deles, os combustíveis gasosos contêm dióxido de carbono e monóxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, nitrogênio, vapor de água, oxigênio.

indicadores de combustível

O principal indicador de combustão. A fórmula para determinar o valor calorífico é considerada em termoquímica. distribuir " combustível de referência”, o que implica o valor calorífico de 1 quilograma de antracito.

O óleo de aquecimento doméstico destina-se à combustão em aparelhos de aquecimento de baixa potência, localizados em instalações residenciais, geradores de calor utilizados na agricultura para secagem de forragens, conservas.

O calor específico da combustão do combustível é um valor que demonstra a quantidade de calor formada durante a combustão completa do combustível com volume de 1 m 3 ou massa de um quilograma.

Para medir esse valor, são usados ​​J / kg, J / m 3, caloria / m 3. Para determinar o calor de combustão, use o método da calorimetria.

Com o aumento do calor específico de combustão do combustível, o consumo específico de combustível diminui e a eficiência permanece inalterada.

O calor de combustão de substâncias é a quantidade de energia liberada durante a oxidação de uma substância sólida, líquida e gasosa.

É determinado pela composição química, bem como estado de agregação substância combustível.

Características dos produtos de combustão

O poder calorífico superior e inferior está associado ao estado de agregação da água nas substâncias obtidas após a combustão do combustível.

O poder calorífico bruto é a quantidade de calor liberada durante a combustão completa de uma substância. Este valor inclui o calor de condensação do vapor de água.

O poder calorífico inferior de trabalho é o valor que corresponde à libertação de calor durante a combustão sem ter em conta o calor de condensação do vapor de água.

O calor latente de condensação é o valor da energia de condensação do vapor de água.

relação matemática

O maior e o menor valor calórico estão relacionados pela seguinte relação:

Q B = Q H + k(W + 9H)

onde W é a quantidade em peso (em %) de água na substância combustível;

H é a quantidade de hidrogênio (% em massa) na substância combustível;

k - coeficiente de 6 kcal/kg

Métodos de cálculo

O valor calorífico superior e inferior é determinado por dois métodos principais: calculado e experimental.

Calorímetros são usados ​​para cálculos experimentais. Primeiro, uma amostra de combustível é queimada nele. O calor que será liberado neste caso é totalmente absorvido pela água. Tendo uma ideia da massa de água, é possível determinar o valor do seu calor de combustão alterando a sua temperatura.

Esta técnica é considerada simples e eficaz, pois pressupõe apenas o conhecimento de dados de análise técnica.

No método de cálculo, o valor calorífico mais alto e mais baixo é calculado de acordo com a fórmula de Mendeleev.

Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)

Leva em consideração o teor de carbono, oxigênio, hidrogênio, vapor d'água e enxofre na composição de trabalho (em porcentagem). A quantidade de calor durante a combustão é determinada levando em consideração o combustível de referência.

O calor da combustão do gás permite fazer cálculos preliminares, para identificar a eficiência do uso de um determinado tipo de combustível.

Características de origem

Para entender quanto calor é liberado durante a combustão de um determinado combustível, é necessário ter uma ideia de sua origem.

Na natureza existe variantes diferentes combustíveis sólidos, que diferem em composição e propriedades.

Sua formação é realizada através de várias etapas. Primeiro, a turfa é formada, depois marrom e carvão, então o antracito é formado. As principais fontes de formação de combustível sólido são folhas, madeira e agulhas. Morrendo, partes das plantas, quando expostas ao ar, são destruídas por fungos, formando turfa. Sua coleção se transforma em massa marrom, então um gás marrom é obtido.

No alta pressão e temperatura, o gás marrom se transforma em carvão, então o combustível se acumula na forma de antracito.

Além da matéria orgânica, há lastro adicional no combustível. Uma parte orgânica é aquela parte que foi formada a partir de matéria orgânica: hidrogênio, carbono, nitrogênio, oxigênio. Além desses elementos químicos, contém lastro: umidade, cinzas.

A tecnologia do forno envolve a alocação de massa de trabalho, seca e combustível de combustível queimado. A massa de trabalho é chamada de combustível em sua forma original, fornecida ao consumidor. O peso seco é uma composição em que não há água.

Composto

Os componentes mais valiosos são carbono e hidrogênio.

Esses elementos são encontrados em qualquer tipo de combustível. Na turfa e na madeira, a porcentagem de carbono chega a 58%, no carvão preto e marrom - 80% e no antracito chega a 95% em peso. Dependendo deste indicador, a quantidade de calor liberada durante a combustão do combustível muda. O hidrogênio é o segundo elemento mais importante de qualquer combustível. Em contato com o oxigênio, forma umidade, o que reduz significativamente o valor térmico de qualquer combustível.

Seu percentual varia de 3,8 no xisto betuminoso a 11 no óleo combustível. O oxigênio, que faz parte do combustível, atua como lastro.

Não é gerador de calor Elemento químico, portanto, afeta negativamente o valor do calor de combustão. A combustão do azoto contido na forma livre ou ligada nos produtos da combustão é considerada impureza nociva, pelo que a sua quantidade é claramente limitada.

O enxofre está incluído na composição do combustível na forma de sulfatos, sulfetos e também como gases de dióxido de enxofre. Quando hidratados, os óxidos de enxofre formam ácido sulfúrico, que destrói equipamento de caldeira, afeta negativamente a vegetação e os organismos vivos.

É por isso que o enxofre é o elemento químico cuja presença no combustível natural é altamente indesejável. Ao entrar na sala de trabalho, os compostos de enxofre causam envenenamento significativo do pessoal operacional.

Existem três tipos de cinzas, dependendo da sua origem:

  • primário;
  • secundário;
  • terciário.

A visão primária é formada por minerais que são encontrados nas plantas. As cinzas secundárias são formadas como resultado da ingestão de resíduos vegetais por areia e terra durante a formação da formação.

A cinza terciária acaba por fazer parte do combustível no processo de extração, armazenamento e também no seu transporte. Com uma deposição significativa de cinzas, há uma diminuição na transferência de calor na superfície de aquecimento da caldeira, reduz a quantidade de transferência de calor para a água dos gases. Uma grande quantidade de cinzas afeta negativamente o funcionamento da caldeira.

Finalmente

As substâncias voláteis têm um impacto significativo no processo de combustão de qualquer tipo de combustível. Quanto maior for a sua saída, maior será o volume da frente de chama. Por exemplo, carvão, turfa pegam fogo facilmente, o processo é acompanhado por perdas insignificantes de calor. O coque que resta após a remoção das impurezas voláteis contém apenas compostos minerais e de carbono. Dependendo das características do combustível, a quantidade de calor varia significativamente.

Dependendo do composição química Existem três estágios na formação de combustíveis sólidos: turfa, linhito, carvão.

A madeira natural é utilizada em pequenas caldeiras. Principalmente lascas de madeira, serragem, lajes, cascas são usadas, a própria lenha é usada em pequenas quantidades. Dependendo do tipo de madeira, a quantidade de calor liberada varia significativamente.

À medida que o poder calorífico diminui, a lenha adquire certas vantagens: inflamabilidade rápida, teor mínimo de cinzas e ausência de vestígios de enxofre.

Informações confiáveis ​​sobre a composição de combustíveis naturais ou sintéticos, seu valor calorífico, são uma excelente maneira de realizar cálculos termoquímicos.

Atualmente, existe uma oportunidade real de identificar as principais opções de combustíveis sólidos, gasosos e líquidos que serão os mais eficientes e baratos de usar em uma situação específica.