Căldura specifică de ardere a gazelor naturale J kg. Ce să alegi: benzină sau motorină

Destul de des, puterea calorică a combustibilului este luată în considerare atunci când alegeți dispozitive de încălzire pentru case și cabane și atunci când alegeți sisteme de încălzire pentru un apartament. Acest parametru este important și atunci când alegeți sistemele de combustibil pentru mașini (la trecerea de la combustibil lichid la gaz sau electricitate).

Este demn de remarcat faptul că pe acest moment multe organizații științifice, institute de cercetare, laboratoare și chiar companii specializate dezvoltă sisteme care pot crește acest parametru și fac posibilă utilizarea mai optimă a energiei eliberate în timpul arderii. Acest lucru se realizează de obicei prin creșterea eficienței instalației.

Prezența unui astfel de parametru se datorează faptului că tipuri diferite emit diferite cantități de căldură (energie) în timpul procesului de ardere, ceea ce este deosebit de important pentru instalațiile industriale și casele de cazane, deoarece selectarea tipului optim va economisi o cantitate semnificativă de resurse financiare pentru funcționarea instalațiilor industriale.

Mai jos vom da o definiție a puterii calorice a combustibilului, vom lua în considerare ce căldura specifică arderea combustibililor si valorile unor resurse energetice (caldura specifica de ardere a lemnului de foc, carbunelui, produselor petroliere).

Sub puterea calorică tipuri variate resursele energetice înțeleg cât de multă energie termică (kilocalorii) va fi produsă atunci când o unitate de material combustibil este ars. Pentru a determina acest parametru, se folosește un dispozitiv special, care se numește calorimetru. Există un alt dispozitiv - o bombă calorimetrică.

În instrumentele de măsură, o unitate de material combustibil încălzește apa, rezultând vapori de apă. În continuare, aburul se condensează, transformându-se complet într-o stare lichidă, care se numește condensare. În acest caz, aburul transferă complet energie termică dispozitivului de măsurare. Cu toate acestea, dezavantajul unor astfel de instrumente de măsurare este că nu se măsoară toată energia termică care iese în timpul arderii combustibilului. Acest lucru se datorează faptului că în timpul vaporizării cantitatea de energie termică este mai mare decât în timpul condensului. Acest lucru face imposibilă măsurarea întregii energii eliberate. Dezavantajele dispozitivelor includ conductivitatea termică mai puțin decât ideală a materialelor din care sunt fabricate, ceea ce reduce și viteza reală de ardere. Aceste criterii sunt destul de importante pentru cercetarea de laborator, dar sunt neglijate atunci când se măsoară în scopuri practice. La exploatarea instalațiilor industriale, aceste pierderi cresc din cauza eficienței (nu 100%).

În acest caz, indicatorii obținuți într-o bombă calorimetrică (unde procesul de măsurare este mai precis decât într-un calorimetru) se numesc cea mai mare putere calorică a materialului combustibil.

Indicatorii calorimetrului sunt cea mai mică putere calorică a combustibilului, care diferă de cea mai mare valoare 600x(9H+W)/100, unde H și W sunt cantitatea de hidrogen și umiditate conținute într-o unitate dintr-un anumit material combustibil. Trebuie amintit că, conform standardelor americane, pentru calcule se folosește cea mai mare valoare, iar pentru țările cu sistem metric se folosește cea mai mică valoare. În prezent, există o întrebare cu privire la tranziția sistemului metric la un indicator mai mare, deoarece este recunoscut de un număr de oameni de știință ca fiind mai optim.

Valori pentru diferite tipuri de materiale combustibile

Adesea, mulți oameni sunt interesați de valoarea căldurii specifice de ardere a combustibilului pentru un anumit tip de purtător de energie și destul de des oamenii sunt interesați de valoarea calorică a lemnului de foc. Acest lucru a devenit deosebit de important în În ultima vreme când a început moda sobelor clasice în case. Puterea calorică a lemnului de foc variază între diferitele tipuri de lemn, valoarea medie este adesea dată. Mai jos sunt valorile pentru următoarele tipuri de materiale combustibile:

Puterea calorică a lemnului de foc (mesteacăn, conifere) este în medie de 14,5-15,5 MJ/kg. Cărbunele brun are aceeași viteză de transfer de căldură.
Transferul de căldură al cărbunelui este de 22 MJ/kg.
Această valoare pentru turbă variază între 8-15 MJ/kg.
Valoarea brichetelor de combustibil este în intervalul 18,5-21 MJ/kg.
Gazul furnizat clădirilor rezidențiale are un indicator de 45,5 MJ/kg.
Pentru gazul îmbuteliat (propan-butan) cifra este de 36 MJ/kg.
Motorina are un indicator de 42,8 MJ/kg.
Pentru diferite mărci de benzină, valoarea variază între 42-45 MJ/kg.

Valori specifice

Pentru un număr de materiale combustibile calculate valori specifice combustie. Acestea sunt mărimi fizice care arată cantitatea de energie termică generată ca urmare a arderii unei unități. De obicei, măsurată în jouli pe kilogram (sau metru cub). În SUA, valorile sunt date în calorii pe kilogram. Acești coeficienți sunt transferul de căldură. Acestea sunt măsurate într-un laborator, după care datele sunt introduse în tabele speciale care sunt disponibile publicului. Cu cât este mai mare transferul de căldură al unei resurse de energie (căldura produsă de arderea combustibilului), cu atât combustibilul este considerat mai eficient. Adică în aceeași instalație cu aceeași eficiență, consumul va fi mai mic pentru combustibilul care are mai mult valoare ridicata transfer de căldură.

Căldura specifică de ardere a combustibilului este aproape întotdeauna utilizată în calculele de proiectare (la proiectarea diferitelor echipamente), precum și la determinarea sistemelor și echipamentelor de încălzire pentru o casă, apartament, cabană etc.

În această lecție vom învăța cum să calculăm cantitatea de căldură pe care o eliberează combustibilul în timpul arderii. În plus, vom lua în considerare caracteristicile combustibilului - căldura specifică de ardere.

Deoarece întreaga noastră viață se bazează pe mișcare, iar mișcarea se bazează în mare parte pe arderea combustibilului, studierea acestui subiect este foarte importantă pentru înțelegerea subiectului „Fenomene termice”.

După ce am studiat probleme legate de cantitatea de căldură şi capacitate termică specifică, haideți să luăm în considerare cantitatea de căldură degajată la arderea combustibilului.

Definiție

Combustibil- o substanta care produce caldura in unele procese (combustie, reactii nucleare). Este o sursă de energie.

Combustibilul se întâmplă solide, lichide și gazoase(Fig. 1).

Orez. 1. Tipuri de combustibil

Combustibilii solizi includ cărbune și turbă.
Combustibilii lichizi includ petrol, benzină și alte produse petroliere.
Combustibilii gazoși includ gaz natural.
Separat, putem evidenția cele foarte frecvente recent combustibil nuclear.

Arderea combustibilului este un proces chimic oxidativ. În timpul arderii, atomii de carbon se combină cu atomii de oxigen pentru a forma molecule. Ca urmare a acestui fapt, este eliberată energie, pe care o persoană o folosește în propriile scopuri (Fig. 2).

Orez. 2. Formarea dioxidului de carbon

Pentru a caracteriza combustibilul, se utilizează următoarea caracteristică: valoare calorica. Puterea calorică arată câtă căldură este eliberată în timpul arderii combustibilului (Fig. 3). În fizică, puterea calorică corespunde conceptului căldura specifică de ardere a unei substanţe.

Orez. 3. Căldura specifică de ardere

Definiție

Căldura specifică de ardere - cantitate fizica, care caracterizează combustibilul, este numeric egal cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului.

Căldura specifică de ardere este de obicei indicată cu litera . Unități:

Nu există o unitate de măsură, deoarece arderea combustibilului are loc la o temperatură aproape constantă.

Căldura specifică de ardere este determinată experimental folosind instrumente sofisticate. Cu toate acestea, există tabele speciale pentru rezolvarea problemelor. Vă prezentăm mai jos valorile căldurii specifice de ardere pentru unele tipuri de combustibil.

Substanţă

Tabelul 4. Căldura specifică de ardere a unor substanţe

Din valorile date este clar că în timpul arderii este eliberat o cantitate mare căldură, deci se folosesc unitățile de măsură (megajouli) și (gigajouli).

Pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului, se utilizează următoarea formulă:

Aici: - masa combustibilului (kg), - căldura specifică de ardere a combustibilului ().

În concluzie, observăm că majoritatea Combustibilul folosit de omenire este stocat folosind energia solară. Cărbune, petrol, gaz - toate acestea s-au format pe Pământ datorită influenței Soarelui (Fig. 4).

Orez. 4. Formarea combustibilului

În lecția următoare vom vorbi despre legea conservării și transformării energiei în procese mecanice și termice.

Listăliteratură

Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizica 8. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M.: Iluminismul.

Portalul de internet „festival.1september.ru” ()
Portalul de internet „school.xvatit.com” ()
Portalul de internet „stringer46.narod.ru” ()

Teme pentru acasă

Astăzi oamenii sunt extrem de dependenți de combustibil. Încălzirea locuințelor, gătit, funcționarea echipamentelor și Vehicul. Majoritatea combustibililor utilizați sunt hidrocarburi. Pentru evaluarea eficienței lor, se folosesc valori specifice ale căldurii de ardere. Kerosenul are un indicator relativ impresionant. Datorită acestei calități, este utilizat în motoarele de rachete și avioane.

Datorită proprietăților sale, kerosenul este utilizat în motoarele de rachete

Proprietăți, producție și aplicare

Istoria kerosenului datează de mai bine de 2 mii de ani și începe atunci când oamenii de știință arabi au venit cu o metodă de distilare a uleiului în componente individuale. A fost descoperit oficial în 1853, când medicul canadian Abraham Gesner a dezvoltat și brevetat o metodă de extragere a unui lichid inflamabil limpede din bitum și șisturi bituminoase.

După forarea primei sonde de petrol în 1859, petrolul a devenit principala materie primă pentru kerosen. Datorită utilizării sale pe scară largă în lămpi, a fost considerat timp de zeci de ani un produs major al rafinării petrolului. Doar apariția electricității i-a redus importanța pentru iluminat. Producția de kerosen a scăzut, de asemenea, pe măsură ce automobilele au devenit mai populare.- această împrejurare a crescut semnificativ importanța benzinei ca produs petrolier. Cu toate acestea, astăzi, în multe părți ale lumii, kerosenul este folosit pentru încălzire și iluminat, iar combustibilul modern pentru avioane este același produs, dar de o calitate superioară.

Odată cu creșterea utilizării mașinilor, popularitatea kerosenului a scăzut

Kerosenul este un lichid transparent ușor, din punct de vedere chimic un amestec compusi organici. Compoziția sa depinde în mare măsură de materia primă, dar, de regulă, constă dintr-o duzină de hidrocarburi diferite, fiecare moleculă conținând de la 10 la 16 atomi de carbon. Kerosenul este mai puțin volatil decât benzina. Temperaturile comparative de ardere ale kerosenului și benzinei, la care emit vapori inflamabili în apropierea suprafeței, sunt de 38, respectiv -40°C.

Această proprietate ne permite să considerăm kerosenul drept un combustibil relativ sigur din punct de vedere al depozitării, utilizării și transportului. Pe baza punctului său de fierbere (150 până la 350 ° C), este clasificat ca unul dintre așa-numitele distilate medii de țiței.

Kerosenul poate fi obținut pur și simplu, adică separat fizic de ulei, prin distilare sau prin descompunerea chimică a fracțiilor mai grele ca rezultat al procesului de cracare.

Caracteristicile kerosenului ca combustibil

Arderea este procesul de oxidare violentă a substanțelor cu degajare de căldură. De regulă, reacția implică oxigenul conținut în aer. În timpul arderii hidrocarburilor se formează următoarele produse principale de ardere:

dioxid de carbon;
vapor de apă;
funingine.

Cantitatea de energie generată în timpul arderii combustibilului depinde de tipul acestuia, de condițiile de ardere, de masă sau de volum. Energia se măsoară în jouli sau calorii. Specific (pe unitate de măsură a cantității de substanță) Puterea calorică este energia obținută prin arderea unei unități de combustibil:

molar (de exemplu, J/mol);
masa (de exemplu, J/kg);
volumetrice (de exemplu, kcal/l).

În majoritatea cazurilor, pentru evaluarea gazelor, lichidelor și combustibili solizi functioneaza cu indicatorul masei de caldura de ardere, exprimat in J/kg.

Când un carbohidrat este ars, se formează mai multe elemente, cum ar fi funinginea

Valoarea căldurii de ardere va depinde dacă procesele care au loc cu apa în timpul arderii au fost luate în considerare. Evaporarea umezelii este un proces consumator de energie, iar luarea în considerare a transferului de căldură în timpul condensării acestor vapori poate afecta și rezultatul.

Rezultatul măsurătorilor efectuate înainte ca aburul condensat să returneze energie sistemului se numește putere calorică inferioară, iar valoarea obținută după condensarea vaporilor se numește căldură mai mare. Motoarele cu hidrocarburi nu pot folosi energia suplimentară a vaporilor de apă din evacuare, astfel încât indicatorul net este relevant pentru producătorii de motoare și se găsește mai des în cărțile de referință.

Adesea, atunci când se indică puterea calorică, nu se specifică care dintre cantități se referă, ceea ce poate duce la confuzie. Ajută să știi că în Federația Rusă este tradițional să se indice pe cel inferior.

Puterea calorică mai mică este un indicator important

Trebuie remarcat faptul că pentru unii combustibili împărțirea în energie netă și brută nu are sens, deoarece nu produc apă în timpul arderii. Acest lucru nu este relevant pentru kerosen, deoarece conținutul său de hidrocarburi este ridicat. Cu o densitate relativ scăzută (între 780 kg/m³ și 810 kg/m³) puterea sa calorică este similară cu cea a motorinei și este:

cel mai mic - 43,1 MJ/kg;
cel mai mare - 46,2 MJ/kg.

Comparație cu alte tipuri de combustibil

Indicatorul luat în considerare este foarte convenabil pentru evaluarea cantității potențiale de căldură conținută în combustibil. De exemplu, puterea calorică a benzinei pe unitatea de masă este comparabilă cu cea a kerosenului, dar prima este mult mai densă. În consecință, în aceeași comparație, un litru de benzină conține mai puțină energie.

Căldura specifică de ardere a uleiului ca amestec de hidrocarburi depinde de densitatea acestuia, care este variabilă pentru diferite câmpuri (43-46 MJ/kg). Metodele de calcul fac posibilă determinarea acestei valori cu o precizie ridicată dacă există date inițiale despre compoziția sa.

Indicatorii medii pentru unele tipuri de lichide inflamabile care alcătuiesc uleiul arată astfel (în MJ/kg):

motorină - 42-44;
benzină - 43-45;
kerosen - 43-44.

Conținutul caloric al combustibililor solizi, cum ar fi turba și cărbunele, are o gamă mai mare. Acest lucru se datorează faptului că compoziția lor poate varia foarte mult atât în ceea ce privește conținutul de substanțe incombustibile, cât și în conținutul caloric al hidrocarburilor. De exemplu, valoarea calorică a turbei tipuri variate poate fluctua între 8-24 MJ/kg, iar cărbunele - 13-36 MJ/kg. Dintre gazele comune, hidrogenul are o putere calorică ridicată - 120 MJ/kg. Următorul în ceea ce privește căldura specifică de ardere este metanul (50 MJ/kg).

Putem spune că kerosenul este un combustibil care a trecut testul timpului tocmai datorită intensității sale energetice relativ ridicate la un preț scăzut. Utilizarea sa nu este doar justificată din punct de vedere economic, dar în unele cazuri nu există nicio alternativă.

Diferite tipuri de combustibil (solid, lichid și gazos) se caracterizează prin proprietăți generale și specifice. Proprietățile generale ale combustibilului includ căldura specifică de ardere și umiditatea, proprietățile specifice includ conținutul de cenușă, conținutul de sulf (conținutul de sulf), densitatea, vâscozitatea și alte proprietăți.

Căldura specifică de ardere a unui combustibil este cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a \(1\) kg de combustibil solid sau lichid sau a \(1\) m³ de combustibil gazos.

Valoarea energetică a unui combustibil este determinată în primul rând de căldura sa specifică de ardere.

Căldura specifică de ardere este notată cu litera \(q\). Unitatea de căldură specifică de ardere este \(1\) J/kg pentru combustibilii solizi și lichizi și \(1\) J/m³ pentru combustibilii gazoși.

Căldura specifică de ardere este determinată experimental folosind metode destul de complexe.

Tabelul 2. Căldura specifică de ardere a unor tipuri de combustibil.

Combustibil solid

Substanţă	Căldura specifică de ardere,
Cărbune brun
Cărbune
Lemn de foc uscat
Cale de lemn
Cărbune
Cărbune gradul A-II
Coca-Cola
Pudra
Turbă

Combustibil lichid

Combustibil gazos

(in conditii normale)

Substanţă	Căldura specifică de ardere,
Hidrogen
Producător de gaz
Gaz cocs
Gaz natural
Gaz

Din acest tabel este clar că căldura specifică de ardere a hidrogenului este cea mai mare, este egală cu \(120\) MJ/m³. Aceasta înseamnă că odată cu arderea completă a hidrogenului cu un volum de \(1\) m³, se eliberează \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J de energie.

Hidrogenul este unul dintre combustibilii cu o mare energie. În plus, produsul arderii hidrogenului este apă plată, spre deosebire de alte tipuri de combustibil, unde produsele de ardere sunt dioxid de carbon și monoxid de carbon, cenușă și zgură de cuptor. Acest lucru face ca hidrogenul să fie cel mai ecologic combustibil.

Cu toate acestea, hidrogenul gazos este exploziv. În plus, are cea mai mică densitate în comparație cu alte gaze la temperatură egalăși presiune, care creează dificultăți cu lichefierea hidrogenului și transportul acestuia.

Cantitatea totală de căldură \(Q\) eliberată în timpul arderii complete a \(m\) kg de combustibil solid sau lichid se calculează prin formula:

Cantitatea totală de căldură \(Q\) eliberată în timpul arderii complete a \(V\) m³ de combustibil gazos se calculează prin formula:

Umiditatea (conținutul de umiditate) al combustibilului își reduce puterea calorică, pe măsură ce consumul de căldură pentru evaporarea umidității crește și volumul produselor de ardere crește (datorită prezenței vaporilor de apă).
Conținutul de cenușă este cantitatea de cenușă formată în timpul arderii mineralelor conținute în combustibil. Minerale, conținut în combustibil, își reduc puterea calorică, deoarece conținutul de componente combustibile scade (motivul principal) și crește consumul de căldură pentru încălzirea și topirea masei minerale.
Conținutul de sulf (conținutul de sulf) se referă la un factor negativ al combustibilului, deoarece arderea acestuia produce gaze de dioxid de sulf care poluează atmosfera și distrug metalul. În plus, sulful conținut în combustibil trece parțial în metalul topit și în topitura de sticlă sudată, reducând calitatea acestora. De exemplu, pentru topirea cristalelor, a sticlelor optice și a altor sticle, nu puteți folosi combustibil care conține sulf, deoarece sulful reduce semnificativ proprietățile optice și culoarea sticlei.

După ce am studiat problemele legate de cantitatea de căldură și capacitatea de căldură specifică, să trecem la considerare cantitatea de căldură degajată la arderea combustibilului.

Definiție

Combustibil- o substanta care produce caldura in unele procese (combustie, reactii nucleare). Este o sursă de energie.

Combustibilul se întâmplă solide, lichide și gazoase(Fig. 1).

Orez. 1. Tipuri de combustibil

Combustibilii solizi includ cărbune și turbă.
Combustibilii lichizi includ petrol, benzină și alte produse petroliere.
Combustibilii gazoși includ gaz natural.
Separat, putem evidenția cele foarte frecvente recent combustibil nuclear.

Orez. 2. Formarea dioxidului de carbon

Orez. 3. Căldura specifică de ardere

Definiție

Căldura specifică de ardere- o cantitate fizică care caracterizează combustibilul este numeric egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului.

Căldura specifică de ardere este de obicei indicată cu litera . Unități:

Nu există o unitate de măsură, deoarece arderea combustibilului are loc la o temperatură aproape constantă.

Substanţă

Tabelul 4. Căldura specifică de ardere a unor substanţe

Din valorile date este clar că în timpul arderii se eliberează o cantitate uriașă de căldură, astfel încât se folosesc unitățile de măsură (megajouli) și (gigajulii).

Pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului, se utilizează următoarea formulă:

Aici: - masa combustibilului (kg), - căldura specifică de ardere a combustibilului ().

În concluzie, remarcăm că cea mai mare parte a combustibilului folosit de umanitate este stocată folosind energia solară. Cărbune, petrol, gaz - toate acestea s-au format pe Pământ datorită influenței Soarelui (Fig. 4).

Orez. 4. Formarea combustibilului

În lecția următoare vom vorbi despre legea conservării și transformării energiei în procese mecanice și termice.

Listăliteratură

Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizica 8. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M.: Iluminismul.

Portalul de internet „festival.1september.ru” ()
Portalul de internet „school.xvatit.com” ()
Portalul de internet „stringer46.narod.ru” ()

Teme pentru acasă