Poder calorífico del combustible diesel kJ kg. Qué elegir: gas o gasóleo

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calor específico de combustión del combustible- 35 poder calorífico de un combustible: La cantidad total de energía liberada bajo condiciones específicas de combustión del combustible. Fuente: GOST R 53905 2010: Ahorro de energía. Términos y definiciones documento original... Diccionario-libro de referencia de términos de documentación normativa y técnica

Esta es la cantidad de calor liberado durante la combustión completa de la masa (para sólidos y sustancias liquidas) o volumétricas (para gaseosas) unidades de materia. Se mide en julios o calorías. El calor de combustión, referido a una unidad de masa o volumen de combustible, ... ... Wikipedia

Enciclopedia moderna

Calor de combustión- (calor de combustión, poder calorífico), la cantidad de calor liberado durante la combustión completa del combustible. Los hay de calor específico de combustión, volumétrico, etc. Por ejemplo, el calor específico de combustión del carbón es de 28 34 MJ/kg, el de la gasolina es de unos 44 MJ/kg; voluminoso ... ... Diccionario Enciclopédico Ilustrado

Calor específico de combustión del combustible.- Valor calorífico específico del combustible: la cantidad total de energía liberada en condiciones específicas de combustión del combustible...

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

La cantidad de calor que se obtiene de la combustión de un combustible depende no solo de su poder calorífico, sino también de su masa.

Para comparar sustancias en términos de la cantidad de energía liberada durante la combustión, un valor más conveniente es calor especifico combustión. Muestra la cantidad de calor generado durante la combustión de un kilogramo (calor de combustión específico de masa) o un litro, 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 derivados.

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

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 todos los tipos de combustible y la mayoría de las sustancias combustibles, los valores del calor específico de combustión se han determinado y tabulado durante mucho tiempo, que los especialistas utilizan para calcular el calor liberado durante la combustión del combustible u otros materiales. En diferentes tablas, son posibles ligeras discrepancias, obviamente explicadas por métodos de medición ligeramente diferentes o diferentes valores caloríficos del mismo tipo de materiales combustibles extraídos de diferentes depósitos.

De los combustibles sólidos, el carbón tiene la mayor intensidad energética - 27 MJ/kg (antracita - 28 MJ/kg). El carbón vegetal tiene indicadores similares (27 MJ / kg). El lignito es mucho menos calorífico: 13 MJ/kg. Además, suele contener mucha humedad (hasta un 60%), que al evaporarse reduce el valor del poder calorífico total.

La turba se quema con un calor de 14-17 MJ/kg (dependiendo de su condición - miga, prensada, briquetas). La leña seca al 20% de humedad emite de 8 a 15 MJ/kg. Al mismo tiempo, la cantidad de energía recibida del álamo temblón y del abedul puede casi duplicarse. Aproximadamente los mismos indicadores dan pellets de diferentes materiales- de 14 a 18 MJ/kg.

Mucho menos que los sólidos, difieren en los valores del calor específico de combustión. tipos de líquidos combustible. Por lo tanto, el calor específico de combustión del combustible diesel es 43 MJ / l, gasolina - 44 MJ / l, queroseno - 43,5 MJ / l, fuel oil - 40,6 MJ / l.

El calor específico de combustión del gas natural es 33,5 MJ/m³, propano - 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. mejores opciones su almacenamiento y transporte.

Comparación de la intensidad energética de diferentes tipos de combustible

al comparar valor energético los principales tipos de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos, se puede establecer que un litro de gasolina o diesel 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 poder calorífico del combustible es el indicador más importante de la eficiencia, pero la amplitud de su distribución en las áreas de actividad humana depende de habilidades técnicas y indicadores económicos usar.

Hoy en día, las personas son extremadamente dependientes del combustible. Sin ella, la calefacción de las viviendas, la cocina, el funcionamiento de los equipos y Vehículo. La mayoría de los combustibles utilizados son hidrocarburos. Para evaluar su efectividad, se utilizan los valores del calor específico de combustión. El queroseno tiene un indicador relativamente impresionante. Debido a esta cualidad, se utiliza en motores de cohetes y aviones.

Debido a sus propiedades, el queroseno se usa en motores de cohetes.

Propiedades, obtención y aplicación

La historia del queroseno se remonta a más de 2 mil años y comienza cuando los científicos árabes idearon un método para destilar el petróleo en componentes individuales. Fue descubierto oficialmente en 1853, cuando el médico canadiense Abraham Gesner desarrolló y patentó un método para extraer liquido inflamable bitumen y pizarra bituminosa.

Después de perforar el primer pozo de petróleo en 1859, el petróleo se convirtió en la principal materia prima para el queroseno. Debido a su uso omnipresente en lámparas, se consideró un elemento básico de la industria de refinación de petróleo durante décadas. Sólo la llegada de la electricidad redujo su importancia para la iluminación. La producción de queroseno también ha caído a medida que ha aumentado la popularidad de los automóviles.- esta circunstancia aumentó significativamente la importancia de la gasolina como producto del petróleo. Sin embargo, hoy en día, en muchas partes del mundo, el queroseno se usa para calefacción e iluminación, y el combustible para aviones moderno es el mismo producto, pero de mayor calidad.

Con el aumento en el uso de automóviles, la popularidad del queroseno ha caído.

El queroseno es un líquido transparente ligero, químicamente una mezcla de compuestos orgánicos. Su composición depende en gran medida de la materia prima, pero, por regla general, consta de una docena de hidrocarburos diferentes, cada uno de los cuales contiene de 10 a 16 átomos de carbono. El queroseno es menos volátil que la gasolina. La temperatura de ignición comparativa del queroseno y la gasolina, a la que emiten vapores inflamables cerca de la superficie, es de 38 y -40 °C, respectivamente.

Esta propiedad permite considerar al queroseno como un combustible relativamente seguro en términos de almacenamiento, uso y transporte. En base a su punto de ebullición (150 a 350°C), se clasifica como uno de los llamados destilados medios del petróleo crudo.

El queroseno se puede obtener directamente, es decir, separado físicamente del petróleo, por destilación o por descomposición química de fracciones más pesadas como resultado de un proceso de craqueo.

Características del queroseno como combustible

La combustión es el proceso de oxidación rápida de sustancias con liberación de calor. Por regla general, el oxígeno contenido en el aire participa en la reacción. Durante la combustión de hidrocarburos, se forman los siguientes productos de combustión principales:

• dióxido de carbono;
• vapor de agua;
• Hollín.

La cantidad de energía generada durante la combustión de un combustible depende de su tipo, condiciones de combustión, masa o volumen. La energía se mide en julios o calorías. Específico (por unidad de medida de la cantidad de sustancia) El poder calorífico es la energía que se obtiene quemando una unidad de combustible:

• molar (por ejemplo, J / mol);
• masa (por ejemplo, J / kg);
• volumétrico (por ejemplo, kcal / l).

En la mayoría de los casos, para evaluar combustibles gaseosos, líquidos y sólidos, operan con un indicador de calor másico de combustión, expresado en J/kg.

El valor del poder calorífico dependerá de si se tuvieron en cuenta los procesos que ocurren con el agua durante la combustión. La evaporación de la humedad es un proceso intensivo en energía, y teniendo en cuenta la transferencia de calor durante la condensación de estos vapores también puede afectar el resultado.

El resultado de las mediciones realizadas antes de que el vapor condensado devuelva energía al sistema se denomina poder calorífico inferior, y la cifra obtenida después de que los vapores se condensan se denomina poder calorífico superior. Los motores de hidrocarburos no pueden usar la energía adicional del vapor de agua en el escape, por lo que la cifra neta es relevante para los fabricantes de motores y se encuentra con más frecuencia en los libros de referencia.

A menudo, al especificar el poder calorífico, no especifican a cuál de las cantidades se refiere, lo que puede generar confusión. Saber que en la Federación Rusa se acostumbra tradicionalmente indicar las ayudas más bajas para navegar.

Valor calorífico neto - indicador importante

Cabe señalar que para algunos tipos de combustible, la división en energía neta y bruta no tiene sentido, ya que no forman agua durante la combustión. Con respecto al queroseno, esto es irrelevante, ya que el contenido de hidrocarburos en él es alto. De densidad relativamente baja (entre 780 kg/m³ y 810 kg/m³) su poder calorífico es similar al del gasóleo y es:

• el más bajo - 43,1 MJ / kg;
• el más alto - 46,2 MJ / kg.

Comparación con otros tipos de combustible

Este indicador es muy conveniente para estimar la cantidad potencial de calor contenida en el combustible. Por ejemplo, el valor calorífico de la gasolina por unidad de masa es comparable al del queroseno, pero el primero es mucho más denso. Como consecuencia, en la misma comparación, un litro de gasolina contiene menos energía.

El calor específico de combustión del petróleo como mezcla de hidrocarburos depende de su densidad, que no es constante para diferentes campos (43-46 MJ/kg). Los métodos de cálculo permiten con alta precisión determinar este valor si existen datos iniciales sobre su composición.

Los indicadores promedio para algunos tipos de líquidos combustibles que componen el petróleo se ven así (en MJ / kg):

• combustible diesel - 42-44;
• gasolina - 43-45;
• queroseno - 43-44.

El contenido calórico de los combustibles sólidos, como la turba y el carbón, tiene un rango mayor. Esto se debe a que su composición puede variar mucho tanto en el contenido de sustancias no combustibles como en el poder calorífico de los hidrocarburos. Por ejemplo, el poder calorífico de la turba varios tipos puede fluctuar dentro de los límites de 8-24 MJ/kg, y el carbón - 13-36 MJ/kg. Entre los gases comunes, el hidrógeno tiene un alto poder calorífico: 120 MJ / kg. El siguiente en términos de calor específico de combustión es el metano (50 MJ/kg).

Podemos decir que el queroseno es un combustible que ha resistido la prueba del tiempo precisamente por su intensidad energética relativamente alta a un precio bajo. Su uso no solo está económicamente justificado, sino que en algunos casos no hay alternativa.

5. EQUILIBRIO TÉRMICO DE LA COMBUSTIÓN

Considere los métodos de cálculo balance de calor proceso de combustión de gases, líquidos y combustibles sólidos. El cálculo se reduce a resolver los siguientes problemas.

· Determinación del calor de combustión (valor calorífico) del combustible.

· Determinación de la temperatura de combustión teórica.

5.1. CALOR DE QUEMADURA

Las reacciones químicas van acompañadas de la liberación o absorción de calor. Cuando se libera calor, la reacción se llama exotérmica, y cuando se absorbe, se llama endotérmica. Todas las reacciones de combustión son exotérmicas y los productos de combustión son compuestos exotérmicos.

Liberado (o absorbido) durante el curso reacción química El calor se llama calor de reacción. En reacciones exotérmicas es positivo, en reacciones endotérmicas es negativo. La reacción de combustión siempre va acompañada de la liberación de calor. Calor de combustión Q gramo(J/mol) es la cantidad de calor que se libera durante la combustión completa de un mol de una sustancia y la transformación de una sustancia combustible en productos de combustión completa. El mol es la unidad básica del SI para la cantidad de una sustancia. Un mol es una cantidad tal de una sustancia que contiene tantas partículas (átomos, moléculas, etc.) como átomos hay en 12 g del isótopo de carbono-12. La masa de una cantidad de una sustancia igual a 1 mol (masa molecular o molar) coincide numéricamente con el peso molecular relativo de una sustancia determinada.

Por ejemplo, el peso molecular relativo del oxígeno (O 2) es 32, dióxido de carbono(CO 2) es igual a 44, y los pesos moleculares correspondientes serán iguales a M = 32 g/mol y M = 44 g/mol. Así, un mol de oxígeno contiene 32 gramos de esta sustancia y un mol de CO 2 contiene 44 gramos de dióxido de carbono.

En los cálculos técnicos, no se suele utilizar el calor de la combustión. Q gramo, y el poder calorífico del combustible q(J/kg o J/m3). El poder calorífico de una sustancia es la cantidad de calor que se libera durante la combustión completa de 1 kg o 1 m 3 de una sustancia. para líquidos y sólidos el cálculo se realiza por 1 kg, y para gaseoso - por 1 m 3.

Es necesario conocer el calor de combustión y el poder calorífico del combustible para calcular la temperatura de combustión o explosión, la presión de explosión, la velocidad de propagación de la llama y otras características. El poder calorífico del combustible se determina experimentalmente o por cálculo. En la determinación experimental del poder calorífico, se quema una determinada masa de combustible sólido o líquido en una bomba calorimétrica, y en el caso de combustible gaseoso, en un calorímetro de gas. Estos dispositivos miden el calor total q 0 , liberado durante la combustión de una muestra de combustible que pesa metro. Valor calorífico Q gramo se encuentra de acuerdo con la formula

Relación entre el calor de combustión y
poder calorífico del combustible

Para establecer una relación entre el calor de combustión y el poder calorífico de una sustancia, es necesario escribir la ecuación de la reacción química de combustión.

Producto combustión completa el carbono es dióxido de carbono:

C + O2 → CO2.

El producto de la combustión completa del hidrógeno es agua:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

El producto de la combustión completa del azufre es el dióxido de azufre:

S + O 2 → SO 2.

Al mismo tiempo, el nitrógeno, los haluros y otros elementos no combustibles se liberan en forma libre.

gas combustible

Como ejemplo, calcularemos el valor calorífico del metano CH 4, cuyo calor de combustión es igual a Q gramo=882.6 .

definamos peso molecular metano de acuerdo con su fórmula química(CH 4):

М=1∙12+4∙1=16 g/mol.

definamos valor calorífico 1 kg de metano:

Encontremos el volumen de 1 kg de metano, conociendo su densidad ρ=0.717 kg/m 3 en condiciones normales:

.

Determine el poder calorífico de 1 m 3 de metano:

El poder calorífico de cualquier gas combustible se determina de manera similar. Para muchas sustancias comunes, los valores caloríficos y los valores caloríficos se han medido con gran precisión y se proporcionan en la literatura de referencia relevante. Demos una tabla de valores para el poder calorífico de algunas sustancias gaseosas (Tabla 5.1). Valor q en esta tabla se da en MJ / m 3 y en kcal / m 3, ya que 1 kcal = 4.1868 kJ se usa a menudo como unidad de calor.

Cuadro 5.1

Poder calorífico de los combustibles gaseosos

líquido combustible o sólido

Como ejemplo, calcularemos el poder calorífico del alcohol etílico C 2 H 5 OH, para el cual el calor de combustión Q gramo= 1373,3 kJ/mol.

Determinar el peso molecular del alcohol etílico de acuerdo con su fórmula química (C 2 H 5 OH):

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

Determine el poder calorífico de 1 kg de alcohol etílico:

El poder calorífico de cualquier combustible líquido y sólido se determina de manera similar. En mesa. 5.2 y 5.3 muestran los valores caloríficos q(MJ/kg y kcal/kg) para algunas sustancias líquidas y sólidas.

Cuadro 5.2

Valor calorífico combustibles líquidos

Cuadro 5.3

Valor calorífico de los combustibles sólidos

fórmula de Mendeleiev

Si se desconoce el poder calorífico del combustible, entonces se puede calcular utilizando la fórmula empírica propuesta por D.I. Mendeleev. Para hacer esto, necesita conocer la composición elemental del combustible (la fórmula equivalente del combustible), es decir, el porcentaje de los siguientes elementos en él:

Oxígeno (O);

hidrógeno (H);

carbono (C);

azufre (S);

Cenizas (A);

Agua (W).

Los productos de combustión de los combustibles siempre contienen vapor de agua, formado tanto por la presencia de humedad en el combustible como durante la combustión del hidrógeno. Los productos de desecho de la combustión salen de la planta industrial a una temperatura superior a la temperatura del punto de rocío. Por lo tanto, el calor que se libera durante la condensación del vapor de agua no puede utilizarse de forma útil y no debe tenerse en cuenta en los cálculos térmicos.

Para el cálculo se suele utilizar el poder calorífico neto. Q norte combustible, que tiene en cuenta pérdida de calor con vapor de agua. Para combustibles sólidos y líquidos, el valor Q norte(MJ/kg) se determina aproximadamente por la fórmula de Mendeleev:

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

donde el contenido porcentual (% en masa) de los elementos correspondientes en la composición del combustible se indica entre paréntesis.

Esta fórmula tiene en cuenta el calor de las reacciones de combustión exotérmica de carbono, hidrógeno y azufre (con un signo más). El oxígeno, que forma parte del combustible, reemplaza parcialmente al oxígeno del aire, por lo que el término correspondiente en la fórmula (5.1) se toma con signo menos. Cuando la humedad se evapora, se consume calor, por lo que el término correspondiente que contiene W también se toma con un signo menos.

La comparación de los datos calculados y experimentales sobre el poder calorífico de diferentes combustibles (madera, turba, carbón, petróleo) mostró que el cálculo según la fórmula de Mendeleev (5.1) da un error que no excede el 10%.

Valor calorífico neto Q norte(MJ / m 3) los gases combustibles secos se pueden calcular con suficiente precisión como la suma de los productos del poder calorífico de los componentes individuales y su porcentaje en 1 m 3 de combustible gaseoso.

Q norte= 0.108[Н 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[CH 4 ] + 0.5[С 2 Н 2 ] + 0.234[Н 2 S ]…, (5.2)

donde se indica entre paréntesis el contenido porcentual (vol.%) de los gases correspondientes en la mezcla.

El poder calorífico medio del gas natural es de aproximadamente 53,6 MJ/m 3 . En los gases combustibles producidos artificialmente, el contenido de CH 4 metano es insignificante. Los principales componentes combustibles son hidrógeno H 2 y monóxido de carbono CO. En el gas de coquería, por ejemplo, el contenido de H 2 alcanza (55 ÷ 60)%, y el poder calorífico neto de dicho gas alcanza 17,6 MJ/m 3 . En el gas generador, el contenido de CO ~ 30% y H 2 ~ 15%, mientras que el poder calorífico neto del gas generador Q norte= (5,2÷6,5) MJ/m 3 . En el gas de alto horno, el contenido de CO y H 2 es menor; magnitud Q norte= (4,0÷4,2) MJ/m 3 .

Considere ejemplos de cómo calcular el valor calorífico de las sustancias utilizando la fórmula de Mendeleev.

Determinemos el poder calorífico del carbón, cuya composición elemental se da en la Tabla. 5.4.

Tabla 5.4

Composición elemental del carbón

Sustituyamos lo dado en tab. 5.4 datos en la fórmula de Mendeleev (5.1) (el nitrógeno N y la ceniza A no están incluidos en esta fórmula, ya que son sustancias inertes y no participan en la reacción de combustión):

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

Determinemos la cantidad de leña necesaria para calentar 50 litros de agua de 10°C a 100°C, si el 5% del calor liberado durante la combustión se gasta en calefacción, y la capacidad calorífica del agua Con\u003d 1 kcal / (kg ∙ grado) o 4.1868 kJ / (kg ∙ grado). La composición elemental de la leña se da en la Tabla. 5.5:

Cuadro 5.5

Composición elemental de la leña

Se sabe que la fuente de energía utilizada en la industria, el transporte, agricultura, en la vida cotidiana, es el combustible. Estos son el carbón, el petróleo, la turba, la leña, gas natural y otros Durante la combustión del combustible, se libera energía. Tratemos de averiguar cómo se libera la energía en este caso.

Recordemos la estructura de la molécula de agua (Fig. 16, a). Se compone de un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Si una molécula de agua se divide en átomos, entonces es necesario vencer las fuerzas de atracción entre los átomos, es decir, realizar un trabajo y, por lo 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 los átomos se combinan. 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 las moléculas:
un agua; b - conexión de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno en una molécula de dióxido de carbono

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

La cantidad física que muestra cuánto calor se libera durante la combustión completa de un combustible que pesa 1 kg se denomina 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

Esta tabla muestra que el calor específico de combustión, por ejemplo, de la gasolina es 4.6 10 7 J/kg.

Esto significa que con la combustión completa de gasolina que pesa 1 kg, se liberan 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 del aceite, cuya masa es de 2,5 toneladas? queroseno, cuyo volumen es de 2 litros y la densidad es de 800 kg / m 3?
3. Con la combustión completa de la leña seca se liberaron 50.000 kJ de energía. ¿Cuánta leña quemó?

Ejercicio

Usando 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.