Căldura de ardere

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 6 august 2016; verificarea necesită 21 de modificări .

Căldura de ardere este cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei unități de masă (pentru substanțele solide și lichide) sau volumetrice (pentru gaze). Se măsoară în jouli sau calorii . Căldura de ardere pe unitatea de masă sau volum de combustibil se numește căldură specifică de ardere . În sistemul SI: J / kg. Unitățile de măsură nesistemice sunt, de asemenea, destul de des folosite: kJ / kg, MJ / kg și kcal / kg .

Pentru a-l măsura, se folosesc metode de calorimetrie . Căldura de ardere este determinată de compoziția chimică a substanței combustibile. Elementele chimice conținute în substanța combustibilă sunt desemnate prin simbolurile acceptate C , H , O , N , S , iar cenușă și apă - prin simbolurile A și , respectiv , W .

Tipuri de putere calorică

Căldura de ardere poate fi legată de masa de lucru a substanței combustibile , adică de substanța combustibilă în forma în care aceasta intră în consumator; la masa uscată a substanței ; la masa combustibilă a unei substanțe , adică la o substanță combustibilă care nu conține umiditate și cenușă. $Q^{P}$ $Q^{C}$ $Q^{\Gamma }$

Există valori calorice mai mari ( ) și mai mici ( ). $Q_{B}$ $Q_{H}$

Puterea calorică mai mare este înțeleasă ca cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a unei substanțe, inclusiv căldura de condensare a vaporilor de apă în timpul răcirii produselor de ardere.

Puterea calorică inferioară corespunde cantității de căldură care se degajă în timpul arderii complete, fără a ține cont de căldura de condensare a vaporilor de apă. Căldura de condensare a vaporilor de apă se mai numește și căldură latentă de vaporizare (condensare) .

Puterea calorică mai mică și cea mai mare sunt legate de raportul: , $Q_{B}=Q_{H}+k(W+9H)$

unde k este un coeficient egal cu 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W este cantitatea de apă din substanța combustibilă, % (în masă); H este cantitatea de hidrogen din substanța combustibilă, % (în masă).

Calculul căldurii de ardere

Astfel, puterea calorică mai mare este cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a unei unități de masă sau de volum (pentru gaz) a unei substanțe combustibile și răcirea produselor de ardere la temperatura punctului de rouă. În calculele de inginerie termică, puterea calorică brută este considerată 100%. Căldura latentă de ardere a gazului este căldura care este eliberată în timpul condensării vaporilor de apă conținuti în produsele de ardere. Teoretic, poate ajunge la 11%.

În practică, nu este posibilă răcirea produselor de ardere până la condensarea completă și de aceea se introduce conceptul de putere calorică netă (QHp), care se obține prin scăderea din puterea calorică mai mare a căldurii de vaporizare a vaporilor de apă ambii conținute în substanta si formata in timpul arderii acesteia. 2514 kJ/kg (600 kcal/kg) sunt cheltuiți pentru vaporizarea a 1 kg de vapori de apă. Puterea calorică netă pentru substanțele lichide și solide este determinată de formulele (kJ/kg sau kcal/kg):

$Q_{H}^{P}=Q_{B}^{P}-2514\cdot ((9H^{P}+W^{P})/100)$

$Q_{H}^{P}=Q_{B}^{P}-600\cdot ((9H^{P}+W^{P})/100)$ , unde:
2514 este căldura de vaporizare la 0 °C și presiunea atmosferică, kJ/kg; și - conținutul de hidrogen și vapori de apă din combustibilul de lucru, %; 9 este un coeficient care arată că atunci când 1 kg de hidrogen este ars în combinație cu oxigen, se formează 9 kg de apă.
$H^{P}$ $W^{P}$

Puterea calorică este cea mai importantă caracteristică a unui combustibil, deoarece determină cantitatea de căldură obținută prin arderea a 1 kg de combustibil solid sau lichid sau a 1 m³ de combustibil gazos în kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 sau 4,19 kJ.

Puterea calorică netă se determină experimental pentru fiecare substanță și este o valoare de referință. Se poate determina și pentru materiale solide și lichide, cu o compoziție elementară cunoscută, prin calcul conform formulei lui D. I. Mendeleev , kJ / kg sau kcal / kg:

$Q_{H}^{P}=339\cdot C^{P}+1256\cdot H^{P}-109\cdot (O^{P}-S_{L}^{P})-25,14\cdot (9\cdot H^{P}+W^{P})$

$Q_{H}^{P}=81\cdot C^{P}+246\cdot H^{P}-26\cdot (O^{P}+S_{L}^{P})-6\cdot W^{P}$ , Unde:

$C_P$ , , , , este conținutul de carbon, hidrogen, oxigen, sulf volatil și umiditate din masa de lucru a combustibilului în % (în masă). $H_{P}$ $O_{P}$ $S_{L}^{P}$ $W_{P}$

Pentru calcule comparative se folosește așa-numitul combustibil de referință , care are o căldură specifică de ardere egală cu 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).

În Rusia, calculele termice (de exemplu, calculul încărcăturii termice pentru a determina categoria spațiilor pentru pericol de explozie și incendiu [1] ) sunt de obicei efectuate în funcție de puterea calorică mai mică; în SUA, Marea Britanie, Franța - pe cel mai înalt. În Regatul Unit și Statele Unite, înainte de introducerea sistemului metric , valorile specifice de încălzire au fost măsurate în unități termice britanice (BTU) per liră (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

Substanțe și materiale	Puterea calorică netă la presiune constantă , MJ/kg $Q_{H}^{P}$
Benzină	41,87 [2]
Kerosenul	42,9–43,12 [3]
Hârtie (cărți, reviste)	13.4 [4]
Lemn (bare W = 14%)	13,8 [4]
Cauciuc natural	44,73–44,8 [4]
Linoleum cu clorură de polivinil	14.31 [4]
Cauciuc	33.52
Fibră discontinuă	13.8
Polietilenă	47,14 [4]
Polistiren	39 [4]
Bumbac slăbit	15,7 [4]

Cele mai mari valori calorice ale gazelor naturale din diverse surse

Date obținute de Agenția Internațională pentru Energie [5] .

Algeria : 42.000 kJ/m³
Bangladesh : 36.000 kJ/m³
Belarus : 33.000 kJ/m³
Marea Britanie : 39.710 kJ/m³
Vietnam : 45.520 kJ/m³
Canada : 38.200 kJ/m³
Indonezia : 40.600 kJ/m³
Olanda : 33.320 kJ/m³
Norvegia : 39.877 kJ/m³
Rusia : 38.231 kJ/m³
Arabia Saudită : 38.000 kJ/m³
SUA : 38.416 kJ/m³
Uzbekistan : 37.889 kJ/m³

Cantitatea de energie electrică necesară pentru a funcționa un bec de 100 W timp de 1 an

Cantitatea de combustibil necesară pentru generarea energiei electrice indicată mai jos este calculată la o eficiență de 100% a conversiei energiei termice în energie electrică. Deoarece majoritatea centralelor electrice și sistemelor de distribuție ating o eficiență ( COP ) de ordinul 30-35%, cantitatea reală de combustibil folosită pentru a alimenta un bec de 100 W va fi de aproximativ trei ori mai mare decât cantitatea indicată.

228,5 kg lemn (la 20% umiditate)
88,5 kg de cărbune (antracit cu conținut scăzut de cenușă)
72,1 kg de kerosen
79,2 m³ gaz natural (folosind o valoare medie de 40.000 kJ/m³)
63 kg de metan
26 kg de hidrogen
0,04 g de uraniu (aici referindu-se la energia eliberată într- o reacție nucleară în lanț )
1,75 * 10 −5 g de antimaterie (aici ne referim la energia eliberată în timpul anihilării ).

Note

↑ NPB 105-03
↑ Putere calorică Sisteme automate de stingere a incendiilor, instalații de stingere a incendiilor, proiectare alarme, întreținere alarmă, sprinklere: sprinklere și udatoare, instalație alarmă incendiu, examinare incendiu, vopsea ignifugă, acoperiri și compoziții, tratament ignifug, protecție la incendiu a structurilor, structuri metalice , sisteme de securitate la incendiu, categorii de incendiu , plan de evacuare, alarma incendiu de securitate, porti de incendiu, usi metalice, sisteme de alarmare incendiu, stingere automata a incendiilor, protectie impotriva incendiilor, montaj sisteme de alarma . stopfire.ru. Consultat la 19 octombrie 2017. Arhivat din original la 20 octombrie 2017. (Rusă)
↑ GOST 10227-86. Combustibil pentru motoare cu reacție. Combustibil pentru motoare cu reacție. . www.nge.ru Consultat la 19 octombrie 2017. Arhivat din original la 20 octombrie 2017. (nedefinit)
↑ 1 2 3 4 5 6 7 Fire Safety Audit LLC (link inaccesibil) . pozharaudit.ru. Consultat la 19 octombrie 2017. Arhivat din original pe 31 octombrie 2017. (nedefinit)
↑ Key World Energy Statistics (2005), pagina 59 (link nu este disponibil) . Consultat la 14 noiembrie 2010. Arhivat din original pe 5 decembrie 2010. (nedefinit)

Literatură

Dicţionar enciclopedic fizic
Marea Enciclopedie Sovietică
Manual de aplicare a NPB 105-95 „Determinarea categoriilor de spații și clădiri pentru pericol de explozie și incendiu”