El calor específico de combustión del combustible es una cantidad física que indica. Calor de combustión del combustible.

Muy a menudo, el poder calorífico del combustible se tiene en cuenta al elegir dispositivos de calefacción para casas y cabañas, y al elegir sistemas de calefacción para un apartamento. Este parámetro también es importante a la hora de elegir sistemas de combustible para automóviles (al cambiar de combustible líquido para gas o electricidad).

Vale la pena señalar que actualmente muchas organizaciones científicas, institutos de investigación, laboratorios e incluso empresas especializadas están desarrollando sistemas que pueden aumentar este parámetro y permitir un uso más óptimo de la energía liberada durante la combustión. Esto suele conseguirse aumentando la eficiencia de la instalación.

La presencia de tal parámetro se debe al hecho de que diferentes tipos emitir diferentes cantidades de calor (energía) durante el proceso de combustión, lo cual es especialmente importante para instalaciones industriales y salas de calderas, ya que la selección tipo óptimo ahorrará una cantidad significativa de recursos financieros en el funcionamiento de plantas industriales.

A continuación daremos una definición del poder calorífico del combustible, discutiremos cuál es el calor específico de combustión del combustible y daremos los valores de algunos recursos energéticos (calor específico de combustión de leña, carbón, productos derivados del petróleo).

Bajo poder calorífico varios tipos Los recursos energéticos comprenden cuánta energía térmica (kilocalorías) se producirá cuando se queme una unidad. material combustible. Para determinar este parámetro se utiliza un dispositivo especial llamado calorímetro. Hay otro dispositivo: una bomba calorimétrica.

En los instrumentos de medición, una unidad de material combustible calienta agua, lo que genera vapor de agua. A continuación, el vapor se condensa, pasando completamente a un estado líquido, lo que se denomina condensación. En este caso, el vapor transfiere completamente la energía térmica al dispositivo de medición. Sin embargo, la desventaja de tales instrumentos de medición es que energía térmica, que se desprende durante la combustión del combustible, no se mide en su totalidad. Esto se debe al hecho de que durante la vaporización la cantidad de energía térmica es mayor que durante la condensación. Esto hace imposible medir toda la energía liberada. Las desventajas de los dispositivos incluyen la conductividad térmica inferior a la ideal de los materiales con los que están fabricados, lo que también reduce la tasa de combustión real. Estos criterios son bastante importantes para la investigación de laboratorio, pero se descuidan cuando se realizan mediciones con fines prácticos. En la explotación de instalaciones industriales, estas pérdidas aumentan por eficiencia (no al 100%).

En este caso, los indicadores obtenidos en una bomba calorimétrica (donde el proceso de medición es más preciso que en un calorímetro) se denominan poder calorífico más alto del material combustible.

Los indicadores calorimétricos son el poder calorífico más bajo del combustible, que difiere del valor más alto de 600x(9H+W)/100, donde H y W son la cantidad de hidrógeno y humedad contenida en una unidad de un material combustible específico. Cabe recordar que según los estándares estadounidenses para los cálculos se utiliza el valor más alto, y para los países con sistema métrico, se utiliza el valor más bajo. Por el momento, existe la duda de la transición del sistema métrico a un indicador más alto, ya que varios científicos lo reconocen como más óptimo.

Valores para diferentes tipos de material combustible.

A menudo muchas personas están interesadas en el significado. calor especifico combustión de combustible para uno u otro tipo de portador de energía y, muy a menudo, la gente está interesada en el poder calorífico de la leña. Esto ha cobrado especial importancia en Últimamente cuando empezó la moda de las estufas clásicas en los hogares. El poder calorífico de la leña es diferentes razas La madera varía, a menudo se da el valor promedio. A continuación se muestran los valores para los siguientes tipos de material combustible:

1. El poder calorífico de la leña (abedul, coníferas) es de 14,5-15,5 MJ/kg. El lignito tiene la misma tasa de transferencia de calor.
2. La transferencia de calor del carbón es de 22 MJ/kg.
3. Este valor para la turba oscila entre 8 y 15 MJ/kg.
4. El valor para las briquetas de combustible está en el rango de 18,5 a 21 MJ/kg.
5. El gas suministrado a edificios residenciales, tiene un indicador de 45,5 MJ/kg.
6. Para el gas envasado (propano-butano) la cifra es de 36 MJ/kg.
7. El combustible diésel tiene un valor de 42,8 MJ/kg.
8. Para diferentes marcas El valor de la gasolina oscila entre 42 y 45 MJ/kg.

Valores específicos

Se calcularon valores de combustión específicos para varios materiales combustibles. Son cantidades físicas que muestran la cantidad de energía térmica generada como resultado de la combustión de una unidad. Generalmente se mide en julios por kilogramo (o metro cúbico). En EE.UU., los valores se dan en calorías por kilogramo. Estos coeficientes son la transferencia de calor. Se miden en un laboratorio, después de lo cual los datos se ingresan en tablas especiales que están disponibles públicamente. Cuanto mayor sea la transferencia de calor de un recurso energético (el calor producido por la combustión de un combustible), más eficiente se considera el combustible. Es decir, en una misma instalación con la misma eficiencia, el consumo será menor para el combustible que tenga más alto valor transferencia de calor.

El calor específico de combustión del combustible casi siempre se utiliza en los cálculos de diseño (al diseñar varios equipos), así como para determinar sistemas de calefacción y equipamiento para el hogar, apartamento, cabaña, etc.

Cualquier combustible, al quemarse, libera calor (energía), cuantificado en julios o calorías (4,3 J = 1 cal). En la práctica, para medir la cantidad de calor liberado durante la combustión del combustible, se utilizan calorímetros, complejos dispositivos de laboratorio. Al calor de combustión también se le llama poder calorífico.

La cantidad de calor que se obtiene al quemar combustible depende no sólo de su poder calorífico, sino también de su masa.

Para comparar sustancias por la cantidad de energía liberada durante la combustión, es más conveniente el calor específico de combustión. Muestra la cantidad de calor generado durante la combustión de un kilogramo (calor de combustión específico de masa) o un litro de metro cúbico (calor de combustión específico de volumen) de combustible.

Las unidades de calor específico de combustión del combustible aceptadas en el sistema SI son kcal/kg, MJ/kg, kcal/m³, MJ/m³, así como sus derivadas.

El valor energético de un combustible está determinado precisamente por el valor de su calor específico de combustión. La relación entre la cantidad de calor generado durante la combustión de un combustible, su masa y el calor específico de combustión se expresa mediante una fórmula simple:

Q = q metro, donde Q es la cantidad de calor en J, q es el calor específico de combustión en J/kg, m es la masa de la sustancia en kg.

Para todo tipo de combustible y la mayoría de las sustancias combustibles, los valores del calor específico de combustión se han determinado y compilado durante mucho tiempo en tablas que utilizan los especialistas al calcular el calor liberado durante la combustión de combustible u otros materiales. Puede haber ligeras discrepancias entre las diferentes tablas, que obviamente se explican por técnicas de medición ligeramente diferentes o por diferentes valores caloríficos de materiales combustibles similares extraídos de diferentes depósitos.

El carbón tiene la mayor intensidad energética entre los combustibles sólidos: 27 MJ/kg (la antracita: 28 MJ/kg). El carbón vegetal tiene indicadores similares (27 MJ/kg). El lignito tiene un poder calorífico mucho menor: 13 MJ/kg. También suele contener mucha humedad (hasta un 60%), que al evaporarse reduce el calor total de combustión.

La turba arde con un calor de 14-17 MJ/kg (dependiendo de su estado: desmenuzada, prensada, briqueta). La leña secada al 20% de humedad libera de 8 a 15 MJ/kg. Al mismo tiempo, la cantidad de energía recibida del álamo temblón y del abedul puede variar casi el doble. Aproximadamente los mismos indicadores los dan los gránulos de diferentes materiales- de 14 a 18 MJ/kg.

Mucho menos que los sólidos, se diferencian en el calor específico de combustión. tipos de líquidos combustible. Así, el calor específico de combustión del combustible diésel es de 43 MJ/l, de la gasolina de 44 MJ/l, del queroseno de 43,5 MJ/l y del fueloil de 40,6 MJ/l.

El calor específico de combustión del gas natural es de 33,5 MJ/m³, el del propano, de 45 MJ/m³. El combustible gaseoso que consume más energía es el gas hidrógeno (120 MJ/m³). Es muy prometedor para su uso como combustible, pero aún no se ha encontrado. opciones optimas su almacenamiento y transporte.

Comparación de la intensidad energética de diferentes tipos de combustible.

Al comparar valor energético principales tipos de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos, se puede establecer que un litro de gasolina o diésel corresponde a 1,3 m³ de gas natural, un kilogramo de carbón - 0,8 m³ de gas, un kg de leña - 0,4 m³ de gas.

El calor de combustión de un combustible es el indicador más importante de eficiencia, pero la amplitud de su distribución en áreas de actividad humana depende de las capacidades técnicas y los indicadores económicos de uso.

maquinas termicas en termodinámica, se trata de motores térmicos y máquinas de refrigeración (termocompresores) que funcionan periódicamente. Un tipo de máquina de refrigeración es la bomba de calor.

Dispositivos que funcionan Trabajo mecánico debido a la energía interna del combustible, se llaman motores térmicos (motores térmicos). Para el funcionamiento de un motor térmico, se requieren los siguientes componentes: 1) una fuente de calor con un nivel de temperatura más alto t1, 2) una fuente de calor con un nivel de temperatura más bajo t2, 3) trabajando fluidamente. En otras palabras: cualquier motor térmico (motores térmicos) consta de Calentador, refrigerador y fluido de trabajo. .

Como trabajando fluidamente Se utiliza gas o vapor, ya que están bien comprimidos, y dependiendo del tipo de motor puede haber combustible (gasolina, queroseno), vapor de agua, etc. El calentador cede una determinada cantidad de calor (Q1) al fluido de trabajo. , y su energía interna aumenta debido a esta energía interna, se realiza un trabajo mecánico (A), luego el fluido de trabajo desprende una cierta cantidad de calor al refrigerador (Q2) y se enfría a la temperatura inicial. El diagrama descrito representa el ciclo de funcionamiento del motor y es de carácter general, en motores reales, el papel de un calentador y un refrigerador pueden desempeñarlo; varios dispositivos. El ambiente puede servir como refrigerador.

Dado que en el motor parte de la energía del fluido de trabajo se transfiere al frigorífico, está claro que no toda la energía que recibe del calentador se utiliza para realizar el trabajo. Respectivamente, eficiencia El motor (eficiencia) es igual a la relación entre el trabajo realizado (A) y la cantidad de calor que recibe del calentador (Q1):

Motor de combustión interna (ICE)

Hay dos tipos de motores de combustión interna (ICE): carburador Y diesel. En un motor de carburador, la mezcla de trabajo (una mezcla de combustible y aire) se prepara fuera del motor en un dispositivo especial y desde allí ingresa al motor. EN motor diesel la mezcla combustible se prepara en el propio motor.

El hielo consiste en cilindro , en el que se mueve pistón ; hay en el cilindro dos válvulas , a través de uno de los cuales se admite la mezcla combustible en el cilindro y, a través del otro, se descargan los gases de escape del cilindro. Pistón usando mecanismo de manivela se conecta con cigüeñal , que comienza a girar con el movimiento de traslación del pistón. El cilindro se cierra con una tapa.

El ciclo de funcionamiento del motor de combustión interna incluye cuatro barras: admisión, compresión, carrera, escape. Durante la admisión, el pistón desciende, la presión en el cilindro disminuye y una mezcla combustible (en un motor con carburador) o aire (en un motor diesel) ingresa a través de la válvula. La válvula está cerrada en este momento. Al final de la ingesta mezcla combustible la válvula se cierra.

Durante la segunda carrera, el pistón sube, las válvulas se cierran y se comprime la mezcla de trabajo o el aire. Al mismo tiempo, la temperatura del gas aumenta: la mezcla combustible en un motor de carburador se calienta hasta 300-350 °C, y el aire en un motor diésel, hasta 500-600 °C. Al final de la carrera de compresión, salta una chispa en el motor del carburador y se enciende la mezcla combustible. En un motor diésel, se inyecta combustible en el cilindro y la mezcla resultante se enciende espontáneamente.

Cuando se quema una mezcla combustible, el gas se expande y empuja el pistón y el cigüeñal conectado a él, realizando un trabajo mecánico. Esto hace que el gas se enfríe.

Cuando el pistón alcanza el punto más bajo, la presión en él disminuirá. Cuando el pistón se mueve hacia arriba, la válvula se abre y se liberan los gases de escape. Al final de esta carrera la válvula se cierra.

Turbina de vapor

Turbina de vapor Es un disco montado sobre un eje sobre el que se montan las palas. El vapor entra en las aspas. El vapor calentado a 600 °C se dirige hacia la boquilla y se expande en ella. Cuando el vapor se expande, su energía interna se convierte en energía cinética del movimiento dirigido del chorro de vapor. Un chorro de vapor sale de la tobera hacia las palas de la turbina y les transfiere parte de su energía cinética, haciendo que la turbina gire. Normalmente, las turbinas tienen varios discos, cada uno de los cuales transfiere parte de la energía del vapor. La rotación del disco se transmite a un eje al que está conectado un generador de corriente eléctrica.

Cuando se queman diferentes combustibles de la misma masa, se liberan diferentes cantidades de calor. Por ejemplo, es bien sabido que gas natural Es un combustible energéticamente más eficiente que la leña. Esto significa que para obtener la misma cantidad de calor, la masa de madera que hay que quemar debe ser significativamente mayor que la masa de gas natural. En consecuencia, los diferentes tipos de combustible desde el punto de vista energético se caracterizan por una cantidad llamada calor específico de combustión del combustible .

Calor específico de combustión del combustible.- una cantidad física que muestra cuánto calor se libera durante la combustión completa de un combustible que pesa 1 kg.

Todo el mundo sabe que el uso de combustible juega un papel muy importante en nuestras vidas. El combustible se utiliza en casi todos los sectores de la industria moderna. Se utilizan especialmente combustibles derivados del petróleo: gasolina, queroseno, combustible diesel y otros. También se utilizan gases combustibles (metano y otros).

¿De dónde proviene la energía combustible?

Se sabe que las moléculas están formadas por átomos. Para dividir cualquier molécula (por ejemplo, una molécula de agua) en sus átomos constituyentes, es necesario gastar energía (para superar las fuerzas de atracción de los átomos). Los experimentos muestran que cuando los átomos se combinan en una molécula (esto es lo que sucede cuando se quema combustible), por el contrario, se libera energía.

Como sabes, también existe el combustible nuclear, pero no hablaremos de ello aquí.

Cuando el combustible se quema, se libera energía. La mayoría de las veces se trata de energía térmica. Los experimentos muestran que la cantidad de energía liberada es directamente proporcional a la cantidad de combustible quemado.

Calor específico de combustión

Para calcular esta energía se utiliza una cantidad física llamada calor específico de combustión del combustible. El calor específico de combustión de un combustible muestra cuánta energía se libera durante la combustión de una unidad de masa de combustible.

Se denota con la letra latina q. En el sistema SI, la unidad de medida de esta cantidad es J/kg. Tenga en cuenta que cada combustible tiene su propio calor de combustión específico. Este valor se ha medido para casi todos los tipos de combustible y se determina a partir de tablas al resolver problemas.

Por ejemplo, el calor específico de combustión de la gasolina es 46.000.000 J/kg, el queroseno es el mismo y el alcohol etílico es 27.000.000 J/kg. Es fácil entender que la energía liberada durante la combustión de un combustible es igual al producto de la masa de este combustible por el calor específico de combustión del combustible:

Veamos ejemplos

Veamos un ejemplo. Se quemaron 10 gramos de alcohol etílico en una lámpara de alcohol en 10 minutos. Encuentra la potencia de la lámpara de alcohol.

Solución. Encontremos la cantidad de calor liberado durante la combustión del alcohol:

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

Encontremos la potencia de la lámpara de alcohol:

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

Veamos un ejemplo más complejo. Una cubeta de aluminio de masa m1 llena con agua de masa m2 se calentó usando una estufa de queroseno desde la temperatura t1 hasta la temperatura t2 (0°C< t1 < t2

Solución.

Encontremos la cantidad de calor que recibe el aluminio:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

Encontremos la cantidad de calor que recibe el agua:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

Encontremos la cantidad de calor que recibe una cacerola con agua:

Encontremos la cantidad de calor que desprende la gasolina quemada:

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

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

Se sabe que la fuente de energía utilizada en la industria, el transporte, la agricultura y la vida cotidiana es el combustible. Se trata de carbón, petróleo, turba, leña, gas natural, etc. Cuando el combustible se quema, se libera energía. Intentemos averiguar cómo se libera energía en este caso.

Recordemos la estructura de la molécula de agua (Fig. 16, a). Está formado por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Si una molécula de agua se divide en átomos, entonces es necesario superar las fuerzas de atracción entre los átomos, es decir, realizar trabajo y, por tanto, gastar energía. Por el contrario, si los átomos se combinan para formar una molécula, se libera energía.

El uso de combustible se basa precisamente en el fenómeno de liberación de energía cuando se unen los átomos. Por ejemplo, los átomos de carbono contenidos en el combustible se combinan con dos átomos de oxígeno durante la combustión (Fig. 16, b). En este caso, se forma una molécula de monóxido de carbono. dióxido de carbono- y se libera energía.

Arroz. 16. Estructura de moléculas:
un agua; b - la combinación de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno en una molécula de dióxido de carbono

Al calcular motores, el ingeniero necesita saber exactamente cuánto calor puede liberar el combustible quemado. Para hacer esto, es necesario determinar experimentalmente cuánto calor se liberará durante la combustión completa de la misma masa de combustible. diferentes tipos.

Una cantidad física que muestra cuánto calor se libera durante la combustión completa de un combustible que pesa 1 kg se llama calor específico de combustión del combustible.

El calor específico de combustión se denota con la letra q. La unidad de calor específico de combustión es 1 J/kg.

El calor específico de combustión se determina experimentalmente utilizando instrumentos bastante complejos.

Los resultados de los datos experimentales se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2

De esta tabla se desprende que el calor específico de combustión, por ejemplo, de la gasolina es 4,6 · 10 7 J / kg.

Esto significa que la combustión completa de gasolina que pesa 1 kg libera 4,6 · 10 7 J de energía.

La cantidad total de calor Q liberado durante la combustión de m kg de combustible se calcula mediante la fórmula

Preguntas

1. ¿Cuál es el calor específico de combustión del combustible?
2. ¿En qué unidades se mide el calor específico de combustión del combustible?
3. ¿Qué significa la expresión “calor específico de combustión del combustible igual a 1,4 · 10 7 J / kg”? ¿Cómo se calcula la cantidad de calor liberado durante la combustión del combustible?

Ejercicio 9

1. ¿Cuánto calor se libera durante la combustión completa? carbón con un peso de 15 kg; alcohol que pesa 200 g?
2. ¿Cuánto calor se liberará durante la combustión completa de un petróleo cuya masa es de 2,5 toneladas? ¿Queroseno, cuyo volumen es de 2 litros y cuya densidad es de 800 kg / m 3?
3. Cuando la madera seca se quemó por completo, se liberaron 50.000 kJ de energía. ¿Qué masa de madera se quemó?

Ejercicio

Utilizando la Tabla 2, construya un gráfico de barras para el calor específico de combustión de leña, alcohol, aceite, hidrógeno, eligiendo la escala de la siguiente manera: el ancho del rectángulo es 1 celda, la altura de 2 mm corresponde a 10 J.