Poder calorífico de varios tipos de combustible: comparación de combustibles por calor de combustión + tabla de poder calorífico

Cuando una determinada cantidad de combustible se quema, se libera una cantidad medible de calor. Según el Sistema Internacional de Unidades, la magnitud se expresa en julios por kg o m³. Pero los parámetros también pueden calcularse en kcal o kW. Si el valor se relaciona con la unidad de medida del combustible, se denomina específico.

¿En qué influye el poder calorífico de los diferentes combustibles? ¿Cuál es el valor del indicador para las sustancias líquidas, sólidas y gaseosas? Las respuestas a las preguntas planteadas se detallan en el artículo. Además, hemos preparado una tabla que muestra el calor específico de combustión de los materiales – esta información será útil al elegir un tipo de combustible de alta energía.

Información general sobre el poder calorífico

La liberación de energía durante la combustión debe caracterizarse por dos parámetros: alta eficiencia y ausencia de producción de sustancias nocivas.

El combustible artificial se obtiene mediante el procesamiento del combustible natural – combustible biológico. Independientemente del estado de agregación de la materia, en su composición química tienen una parte combustible y otra no combustible. La primera es carbono e hidrógeno. La segunda se compone de agua, sales minerales, nitrógeno, oxígeno y metales.

Según el estado de agregación, el combustible se divide en líquido, sólido y gas. Cada grupo se ramifica adicionalmente en un subgrupo natural y artificial (+)

Al quemar 1 kg de dicha «mezcla» se libera una cantidad diferente de energía. La cantidad exacta de energía liberada depende de las proporciones de los elementos mencionados: parte combustible, humedad, contenido de cenizas y otros componentes.

El calor de combustión del combustible (CCC) se forma a partir de dos niveles: superior e inferior. El primer indicador se obtiene debido a la condensación del agua; en el segundo, este factor no se tiene en cuenta.

El CCC inferior se necesita para los cálculos de la necesidad de combustible y su costo; con dichos indicadores se elaboran los balances térmicos y se determina la eficiencia de las instalaciones que funcionan con combustible.

El TST se puede calcular analítica o experimentalmente. Si se conoce la composición química del combustible, se aplica la fórmula de Mendeléyev. Los métodos experimentales se basan en la medición real del calor durante la combustión del combustible.

En estos casos se utiliza una bomba especial de combustión – calorimétrica junto con un calorímetro y un termostato.

Las características de los cálculos son individuales para cada tipo de combustible. Ejemplo: el TST en motores de combustión interna se calcula a partir del valor inferior, porque en los cilindros el líquido no se condensa.

El TST se determina mediante una bomba calorimétrica. El oxígeno comprimido se satura con vapor de agua. En ese medio se coloca una muestra de combustible y se determinan los resultados.

Cada tipo de sustancia tiene su propio TST debido a las particularidades de su composición química. Los valores difieren considerablemente; el rango de variación es de 1 000 a 10 000 kCal/kg.

Al comparar diferentes tipos de materiales, se utiliza el concepto de combustible convencional, que se caracteriza por un TST inferior de 29 MJ/kg.

Poder calorífico de materiales sólidos

A esta categoría pertenecen la madera, la turba, el coque, los esquistos bituminosos, el combustible en briquetas y en polvo. El componente principal del combustible sólido es el carbono.

Características de diferentes especies de madera

La máxima eficiencia del uso de leña se logra cumpliendo dos condiciones: sequedad de la madera y proceso de combustión lento.

Los trozos de madera se cortan o parten en segmentos de hasta 25-30 cm de largo, para que la leña se cargue cómodamente en el hogar.

Ideales para calefacción con estufa de leña se consideran los bloques de roble, abedul y fresno. El espino y el avellano se caracterizan por buenos indicadores. En cambio, en las coníferas, el poder calorífico es bajo, pero la velocidad de combustión es alta.

Cómo arden diferentes tipos de madera:

1. Haya, abedul, fresno, avellano son difíciles de encender, pero pueden arder húmedos debido a su bajo contenido de humedad.
2. Aliso y álamo temblón no producen hollín y «saben» eliminarlo de la chimenea.
3. Abedul requiere suficiente cantidad de aire en el hogar, de lo contrario humeará y depositará resina en las paredes del conducto.
4. Pino contiene más resina que el abeto, por lo que chispea y arde más caliente.
5. Pera y manzano se parten con más facilidad que otras y arden excelentemente.
6. Cedro se convierte gradualmente en carbón incandescente.
7. Cerezo y olmo humean, y el plátano es difícil de partir.
8. Tilo y álamo se queman rápidamente.

Los valores de TST de diferentes especies dependen en gran medida de la densidad de las especies particulares. 1 metro cúbico de leña equivale aproximadamente a 200 litros de combustible líquido y 200 m³ de gas natural. La madera y la leña pertenecen a la categoría de baja eficiencia energética.

Influencia de la edad en las propiedades del carbón

El carbón es un material natural de origen vegetal. Se extrae de rocas sedimentarias. Este combustible contiene carbono y otros elementos químicos.

Además del tipo, la edad del material también influye en el poder calorífico del carbón. El lignito pertenece a la categoría joven, le sigue el carbón bituminoso, y el más antiguo se considera la antracita.

La humedad también se determina por la edad del combustible: cuanto más joven es el carbón, mayor es su contenido de humedad. Esto también afecta las propiedades de este tipo de combustible.

El proceso de combustión del carbón va acompañado de la emisión de sustancias que contaminan el medio ambiente; las rejillas de la caldera se cubren de escoria. Otro factor adverso para la atmósfera es la presencia de azufre en el combustible. Este elemento, al contacto con el aire, se transforma en ácido sulfúrico.

Los productores logran reducir al máximo el contenido de azufre en el carbón. Como resultado, el poder calorífico varía incluso dentro de un mismo tipo. La geografía de extracción también influye en los indicadores. Como combustible sólido no solo se puede utilizar carbón puro, sino también escoria briquetada.

La mayor capacidad combustible se observa en el carbón coquizable. El carbón bituminoso, de leña, lignito y antracita también poseen buenas características.

Características de los pellets y briquetas

Este combustible sólido se fabrica industrialmente a partir de diversos desechos de madera y vegetales.

La viruta triturada, la corteza, el cartón y la paja se secan y con la ayuda de equipo especial se transforman en gránulos. Para que la masa adquiera un cierto grado de viscosidad, se le añade un polímero: la lignina.

Los pellets se caracterizan por un costo aceptable, influenciado por la alta demanda y las particularidades del proceso de fabricación. Este material solo puede utilizarse en calderas diseñadas para este tipo de combustible.

Las briquetas solo se diferencian en la forma; se pueden cargar en estufas y calderas. Ambos tipos de combustible se dividen en categorías según la materia prima: de troncos redondos, turba, girasol, paja.

Los pellets y briquetas tienen ventajas significativas sobre otros tipos de combustible:

• totalmente ecológicos;
• posibilidad de almacenamiento en casi cualquier condición;
• resistencia a impactos mecánicos y hongos;
• combustión uniforme y prolongada;
• tamaño óptimo de gránulos para la carga en el dispositivo de calefacción.

El combustible ecológico es una buena alternativa a las fuentes de calor tradicionales, que no son renovables y afectan negativamente al medio ambiente. Sin embargo, los pellets y briquetas presentan un mayor riesgo de incendio, lo que debe tenerse en cuenta al organizar el lugar de almacenamiento.

Si se desea, se puede realizar la fabricación de briquetas de combustible manualmente, más detalles – en este artículo.

Parámetros de sustancias líquidas

Los materiales líquidos, al igual que los sólidos, se descomponen en los siguientes componentes: carbono, hidrógeno, azufre, oxígeno, nitrógeno. La relación porcentual se expresa en masa.

Del oxígeno y el nitrógeno se forma el lastre orgánico interno del combustible; estos componentes no se queman y se incluyen en la composición de forma condicional. El lastre externo se forma a partir de la humedad y la ceniza.

Se observa un alto poder calorífico específico en la gasolina. Dependiendo del tipo, es de 43-44 MJ.

Se determinan valores similares de poder calorífico específico para el queroseno de aviación – 42,9 MJ. El diésel también entra en la categoría de líderes en cuanto a poder calorífico – 43,4-43,6 MJ.

Dado que la gasolina tiene un mayor poder calorífico que el diésel, debería tener un mayor consumo y eficiencia. Pero el diésel es un 30-40% más económico que la gasolina.

El combustible líquido para cohetes y el etilenglicol se caracterizan por valores relativamente bajos de poder calorífico. El alcohol y la acetona se distinguen por un poder calorífico específico mínimo. Sus valores son significativamente más bajos que los del combustible motor tradicional.

Propiedades del combustible gaseoso

El combustible gaseoso se compone de monóxido de carbono, hidrógeno, metano, etano, propano, butano, etileno, benceno, sulfuro de hidrógeno y otros componentes. Estos valores se expresan en porcentaje en volumen.

El hidrógeno se distingue por tener el mayor poder calorífico. Al arder, un kilogramo de la sustancia libera 119,83 MJ de calor. Pero se caracteriza por un mayor grado de peligro de explosión.

También se observan altos valores de poder calorífico en el gas natural.

Son de 41-49 MJ por kg. Pero, por ejemplo, el metano puro tiene un poder calorífico mayor: 50 MJ por kg.

Tabla comparativa de indicadores

En la tabla se presentan los valores del poder calorífico específico másico de las variedades líquidas, sólidas y gaseosas de combustible.

De la tabla se desprende que el hidrógeno tiene los valores más altos de poder calorífico entre todas las sustancias, no solo entre las gaseosas. Pertenece a los tipos de combustible de alta energía.

El producto de la combustión del hidrógeno es agua común. En el proceso no se liberan escorias, cenizas, monóxido de carbono ni dióxido de carbono, lo que convierte a la sustancia en un combustible ecológicamente limpio. Pero es explosivo y tiene baja densidad, por lo que este combustible es difícil de licuar y transportar.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Sobre el poder calorífico de diferentes especies de madera. Comparación de valores calculados por m³ y kg.

El TCT es la característica térmica y operativa más importante del combustible. Este indicador se utiliza en diversas áreas de la actividad humana: motores térmicos, centrales eléctricas, industria, calefacción de viviendas y preparación de alimentos.

Los valores del poder calorífico ayudan a comparar diferentes tipos de combustible según la energía liberada, calcular la masa necesaria de combustible y ahorrar en gastos.

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