Poder calorífico de diferentes tipos de combustível: comparação de combustíveis pelo calor de combustão + tabela de poder calorífico

Quando uma certa quantidade de combustível queima, uma quantidade mensurável de calor é liberada. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, o valor é expresso em Joules por kg ou m³. Mas os parâmetros também podem ser calculados em kCal ou kW. Se o valor está relacionado à unidade de medida do combustível, é chamado de específico.

O que influencia o poder calorífico de diferentes combustíveis? Qual é o valor do indicador para substâncias líquidas, sólidas e gasosas? As respostas para essas perguntas são detalhadas no artigo. Além disso, preparamos uma tabela mostrando o calor específico de combustão dos materiais – esta informação será útil ao escolher um tipo de combustível de alta energia.

Informações gerais sobre o poder calorífico

A liberação de energia durante a combustão deve ser caracterizada por dois parâmetros: alta eficiência e ausência de produção de substâncias nocivas.

O combustível artificial é obtido no processamento do combustível natural – combustível biológico. Independentemente do estado de agregação, as substâncias em sua composição química possuem uma parte combustível e uma parte não combustível. A primeira é o carbono e o hidrogênio. A segunda consiste em água, sais minerais, nitrogênio, oxigênio, metais.

De acordo com o estado de agregação, o combustível é dividido em líquido, sólido e gás. Cada grupo se divide ainda em subgrupo natural e artificial (+)

Ao queimar 1 kg dessa 'mistura', diferentes quantidades de energia são liberadas. Exatamente quanta energia será liberada depende das proporções dos elementos mencionados — parte combustível, umidade, teor de cinzas e outros componentes.

O poder calorífico do combustível (PCC) é formado por dois níveis — superior e inferior. O primeiro indicador é obtido devido à condensação da água, no segundo esse fator não é considerado.

O menor PCC é necessário para calcular a necessidade de combustível e seu custo, com esses indicadores são elaborados balanços térmicos e determinada a eficiência das instalações que funcionam com combustível.

Calcular o PCC pode ser feito analiticamente ou experimentalmente. Se a composição química do combustível for conhecida, a fórmula de Mendeleiev é aplicada. Os métodos experimentais são baseados na medição real do calor durante a combustão do combustível.

Nestes casos, utiliza-se uma bomba especial para combustão – a bomba calorimétrica, juntamente com o calorímetro e o termostato.

As características dos cálculos são individuais para cada tipo de combustível. Exemplo: o poder calorífico (PCI) em motores de combustão interna é calculado a partir do valor inferior, porque nos cilindros o líquido não se condensa.

O poder calorífico é determinado com a ajuda de uma bomba calorimétrica. O oxigênio comprimido é saturado com vapor de água. Nesse ambiente, coloca-se uma amostra de combustível e determinam-se os resultados.

Cada tipo de substância tem seu próprio poder calorífico devido às particularidades da composição química. Os valores diferem significativamente, com uma faixa de variação de 1.000 a 10.000 kcal/kg.

Ao comparar diferentes tipos de materiais, utiliza-se o conceito de combustível de referência, caracterizado por um poder calorífico inferior de 29 MJ/kg.

Poder calorífico de materiais sólidos

A esta categoria pertencem a madeira, a turfa, o coque, os xistos betuminosos, os combustíveis em briquetes e em pó. O principal componente do combustível sólido é o carbono.

Características de diferentes tipos de madeira

A máxima eficiência no uso de lenha é alcançada desde que duas condições sejam atendidas — a secura da madeira e um processo de combustão lento.

Os pedaços de madeira são serrados ou cortados em segmentos de até 25-30 cm de comprimento, para que a lenha possa ser carregada com facilidade na fornalha.

Ideais para aquecimento a lenha são considerados os toros de carvalho, bétula e freixo. O espinheiro-alvar e a aveleira também apresentam bons indicadores. Já as madeiras de coníferas têm baixo poder calorífico, mas alta velocidade de combustão.

Como queimam diferentes espécies:

1. Faia, bétula, freixo, aveleira são difíceis de acender, mas conseguem queimar úmidas devido ao baixo teor de umidade.
2. Amieiro e álamo tremedor não formam fuligem e «sabem» removê-la da chaminé.
3. Bétula requer quantidade suficiente de ar na fornalha, caso contrário, fumegará e depositará resina nas paredes do tubo.
4. Pinheiro contém mais resina do que o abeto, por isso estala e queima mais quente.
5. Pereira e macieira partem-se mais facilmente do que outras e queimam muito bem.
6. Cedro transforma-se gradualmente em carvão incandescente.
7. Cerejeira e olmo fumegam, e o plátano é difícil de rachar.
8. Tília e choupo queimam rapidamente.

Os indicadores de poder calorífico de diferentes espécies dependem fortemente da densidade de cada espécie. 1 metro cúbico de lenha equivale aproximadamente a 200 litros de combustível líquido e 200 m³ de gás natural. A madeira e a lenha pertencem à categoria de baixa eficiência energética.

Influência da idade nas propriedades do carvão

O carvão é um material natural de origem vegetal. É extraído de rochas sedimentares. Este combustível contém carbono e outros elementos químicos.

Além do tipo, o poder calorífico do carvão também é influenciado pela idade do material. O linhito pertence à categoria jovem, seguido pelo carvão betuminoso, e o mais antigo é considerado o antracito.

A umidade também é determinada pela idade do combustível: quanto mais jovem o carvão, maior o teor de umidade, o que também afeta as propriedades desse tipo de combustível.

O processo de combustão do carvão é acompanhado pela liberação de substâncias que poluem o meio ambiente, e as grelhas da caldeira ficam cobertas de escória. Outro fator desfavorável para a atmosfera é a presença de enxofre na composição do combustível. Esse elemento, em contato com o ar, transforma-se em ácido sulfúrico.

Os fabricantes conseguem reduzir ao máximo o teor de enxofre no carvão. Como resultado, o poder calorífico varia mesmo dentro de um mesmo tipo. A geografia da extração também influencia os indicadores. Como combustível sólido, pode ser usado não apenas carvão puro, mas também escória briquetada.

A maior capacidade combustível é observada no carvão coqueificável. O carvão betuminoso, carvão vegetal, linhito e antracito também possuem boas características.

Características dos pellets e briquetes

Este combustível sólido é fabricado industrialmente a partir de diversos resíduos de madeira e vegetais.

Aparas trituradas, casca, papelão, palha são secos e, com a ajuda de equipamento especial, transformados em grânulos. Para que a massa adquira um certo grau de viscosidade, adiciona-se um polímero — a lignina.

Os pellets têm um custo acessível, influenciado pela alta demanda e pelas particularidades do processo de fabricação. Este material só pode ser usado em caldeiras projetadas para esse tipo de combustível.

Os briquetes diferem apenas na forma, podendo ser carregados em fornos e caldeiras. Ambos os tipos de combustível são divididos em categorias de acordo com a matéria-prima: de toras, turfa, girassol, palha.

Os pellets e briquetes têm vantagens significativas em relação a outros tipos de combustível:

• Totalmente ecológicos;
• possibilidade de armazenamento em praticamente qualquer condição;
• resistência a impactos mecânicos e fungos;
• combustão uniforme e prolongada;
• tamanho ideal dos grânulos para carregamento no dispositivo de aquecimento.

O combustível ecológico é uma boa alternativa às fontes de calor tradicionais, que não são renováveis e afetam negativamente o meio ambiente. No entanto, os pellets e briquetes apresentam maior risco de incêndio, o que deve ser considerado ao organizar o local de armazenamento.

Se desejar, é possível fabricar briquetes de combustível manualmente. Mais detalhes – neste artigo.

Parâmetros de substâncias líquidas

Os materiais líquidos, assim como os sólidos, se decompõem nos seguintes componentes: carbono, hidrogênio, enxofre, oxigênio, nitrogênio. A proporção percentual é expressa em massa.

Do oxigênio e do nitrogênio forma-se o lastro orgânico interno do combustível; esses componentes não queimam e são incluídos condicionalmente na composição. O lastro externo é formado pela umidade e pelas cinzas.

Observa-se um alto poder calorífico específico na gasolina. Dependendo do tipo, ele varia de 43 a 44 MJ.

Índices semelhantes de poder calorífico específico são determinados também para o querosene de aviação – 42,9 MJ. O diesel também entra na categoria de líderes em poder calorífico – 43,4-43,6 MJ.

Como a gasolina tem um PCS maior que o diesel, ela deveria ter maior consumo e eficiência. Mas o diesel é 30-40% mais econômico que a gasolina.

Valores relativamente baixos de PCS caracterizam o combustível líquido para foguetes e o etilenoglicol. O álcool e a acetona se destacam pelo menor poder calorífico específico. Seus índices são significativamente inferiores aos dos combustíveis automotivos tradicionais.

Propriedades do combustível gasoso

O combustível gasoso é composto por monóxido de carbono, hidrogênio, metano, etano, propano, butano, etileno, benzeno, sulfeto de hidrogênio e outros componentes. Esses índices são expressos em porcentagem por volume.

O hidrogênio se destaca pelo maior poder calorífico. Ao queimar, um quilograma da substância libera 119,83 MJ de calor. Mas ele possui um alto grau de perigo de explosão.

Altos índices de poder calorífico também são observados no gás natural.

Eles equivalem a 41-49 MJ por kg. Mas, por exemplo, o metano puro tem um poder calorífico maior – 50 MJ por kg.

Tabela comparativa de indicadores

A tabela apresenta os valores do poder calorífico específico mássico dos combustíveis líquidos, sólidos e gasosos.

Pela tabela, observa-se que o maior PCS entre todas as substâncias, não apenas as gasosas, é do hidrogênio. Ele é classificado como um combustível de alta energia.

O produto da queima do hidrogênio é água comum. No processo, não são liberados escórias, cinzas, monóxido de carbono e dióxido de carbono, o que torna a substância um combustível ecologicamente limpo. Mas ele é explosivo e possui baixa densidade, por isso é difícil liquefazer e transportar esse combustível.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Sobre o poder calorífico de diferentes tipos de madeira. Comparação dos índices em termos de m³ e kg.

O PCS é a característica térmica e operacional mais importante do combustível. Esse índice é utilizado em diversas áreas da atividade humana: motores térmicos, usinas elétricas, indústria, aquecimento residencial e preparo de alimentos.

Os valores de poder calorífico ajudam a comparar diferentes tipos de combustível em relação à energia liberada, calcular a massa necessária de combustível e economizar nos custos.

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